DNA損傷により惹起されるゲノム変異非依存的な新規ネオアンチゲン発生機構の解明

• 研究課題/領域番号: 23K18232
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分50:腫瘍学およびその関連分野
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 柴田 淳史 慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 教授 (30707633)
• 研究分担者: 野島 孝之 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (80431956)
• 研究期間 (年度): 2023-06-30 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2024年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: DNA損傷 / ゲノム変異非依存的 / HLA Class I / 翻訳異常 / 転写異常 / 免疫治療 / ネオアンチゲン / DNA損傷応答

研究開始時の研究の概要

我々のこれまでの研究成果から、DNA損傷後のシグナル伝達が、転写及び翻訳の変化を引き起こし、非自己となる抗原（ネオアンチゲン）を産生しているという新たなモデルを考案している。そこで本研究では、「ゲノム変異非依存的なネオアンチゲン産生機構」の立証およびその分子機構解明を目的として、DNA損傷依存的な転写および翻訳開始点の変化を検出および解析する。DNA損傷という細胞に過度なストレスを与えた環境においては、従来の定説とは異なる抗原産生メカニズムが働くという新しい生命応答を示すことができ、当該分野における新たな概念を世界に先駆けて発信することができると考えている。

研究実績の概要

我々の最新の研究から、DNA損傷に伴うシグナル伝達がタンパク質翻訳を刺激し、HLA Class Iによって提示される抗原(ネオアンチゲン)産生を促進することが明らかになっている。これまでの常識では、DNA損傷後に提示される抗原は、ゲノム変異を起源とする変異型タンパク質に由来すると考えられていたため、ゲノム変異に依存しない本モデルは全く新しい概念である。本研究課題では、我々が提唱する新しい仮説「ゲノム変異非依存的な抗原（ネオアンチゲン）産生機構」の立証および分子機構解明を目的として、DNA損傷依存的な転写および翻訳開始点の変化を検出および解析を目的として研究を行った。今年度は、リボソームが結合するmRNA領域を網羅的に同定する手法であるリボソームプロファイリングを行い、DNA損傷後の翻訳開始点変化を解析した。本実験系では、DNA損傷誘導刺激としてX線使用し、X線照射一定時間後にリボソームプロファイリングを行った。翻訳開始点にリボソームを濃縮するために、サンプル回収直前にハリングトニンを処理した。リボソームフットプリントのライブラリーを調製し、次世代シーケンス後、ゲノムにマッピングしMetagene解析およびIGVによる可視化を行った。Metagene解析により、CDS内に3塩基周期毎のピークが認められることが確認できた。その結果、いくつかの遺伝子で翻訳開始点近傍のリードの分布パターンが変化する可能性が示唆された。今後は転写開始点の変化を可視化できるPOINT-seqと合わせてゲノム変異非依存的なネオアンチゲン産生機構を検証する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

今年度は、X線照射サンプルにリボソームプロファイリングを行うことで、翻訳開始点近傍のリードの分布パターンが変化する可能性がある遺伝子を抽出したため、概ね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

転写開始点の変化を可視化できるPOINT-seqと合わせてゲノム変異非依存的なネオアンチゲン産生機構を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of the signal transduction cascade for inflammatory gene expression in fibroblasts with ATM-ATR deficiencies after Ionizing radiation (2024)
  • 著者名/発表者名: Haruna Shunji、Okuda Ken、Shibata Akiko、Isono Mayu、Tateno Kohei、Sato Hiro、Oike Takahiro、Uchihara Yuki、Kato Yu、Shibata Atsushi
  • 雑誌名: Radiotherapy and Oncology 巻: 194 ページ: 110198-110198
  • DOI: 10.1016/j.radonc.2024.110198
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inhibition of intracellular ATP synthesis impairs the recruitment of homologous recombination factors after ionizing radiation (2024)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Ryota、Okumura Hikaru、Isono Mayu、Yamauchi Motohiro、Unami Daiki、Lusi Rahmartani Tania、Yamamoto Masamichi、Kato Yu、Uchihara Yuki、Shibata Atsushi
  • 雑誌名: Journal of Radiation Research 巻: － 号: 3 ページ: 263-271
  • DOI: 10.1093/jrr/rrae005
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ATR signaling controls the bystander responses of human chondrosarcoma cells by promoting RAD51-dependent DNA repair (2024)
  • 著者名/発表者名: Luong Nho Cong、Kawamura Hidemasa、Ikeda Hiroko、Roppongi Reiko T.、Shibata Atsushi、Hu Jiaxuan、Jiang Jinmeng G.、Yu David S.、Held Kathryn D.
  • 雑誌名: International Journal of Radiation Biology 巻: － 号: 5 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1080/09553002.2024.2324479
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Comprehensive single-cell analysis demonstrates radiotherapy-induced infiltration of macrophages expressing immunosuppressive genes into tumor in esophageal squamous cell carcinoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Oyoshi H, Du J, Sakai SA, Yamashita R, Okumura M, Motegi A, Hojo H, Nakamura M, Hirata H, Sunakawa H, Kotani D, Yano T, Kojima T, Nakamura Y, Kojima M, Suzuki A, Zenkoh J, Tsuchihara K, Akimoto T, Shibata A, Suzuki Y, Kageyama S. Shun-Ichiro
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 9 号: 50 ページ: 9096-9096
  • DOI: 10.1126/sciadv.adh9069
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] HLA Class I Expression Is Associated with DNA Damage and Immune Cell Infiltration into Dysplastic and Neoplastic Lesions in Ulcerative Colitis (2023)
  • 著者名/発表者名: Okami Haruka、Ozawa Naoya、Sohda Makoto、Yokobori Takehiko、Osone Katsuya、Erkhem-Ochir Bilguun、Dorjkhorloo Gendensuren、Shiraishi Takuya、Okada Takuhisa、Sano Akihiko、Sakai Makoto、Miyazaki Tatsuya、Ogawa Hiroomi、Yao Takashi、Oike Takahiro、Sato Hiro、Shirabe Ken、Shibata Atsushi、Saeki Hiroshi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 号: 17 ページ: 13648-13648
  • DOI: 10.3390/ijms241713648
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 放射線DNA損傷とその応答システム (2024)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第14回放射線生物学セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線照射が誘発するDNA二本鎖切断修復の経路選択機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 日本量子医科学会 第３回学術大会
  • 招待講演
• [学会発表] 放射線治療時に生じるDNA損傷を起因とする免疫制御因子の制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 日本放射線腫瘍学会第36回学術大会:学会合同シンポジウム（日本放射線影響学会）
  • 招待講演
• [学会発表] "Educational Session 「DNA damage repair and signaling after high LET particle irradiation」 Scientific Session 「DNA double-strand break induction and its repair after high LET particle irradiation」" (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: PTCOG-AO & ISTPT2023にてEducational SessionとScientific Sessionで発表（online）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mechanisms underlying DNA double-strand break repair pathway choice (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 日本核酸医薬学会第８回年会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] DNA 損傷により惹起される免疫制御系リガンド発現調節機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第23回日本抗加齢医学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] PARP阻害剤治療時に発生するDNA損傷応答と抗腫瘍免疫の関連性 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第3回JOHBOC学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] DNA損傷応答により惹起される免疫リガンド発現制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: DiaMond Cardiovascular Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of immune-ligand presentation in response to DNA damage. (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: ATW 第19回毛細血管拡張性運動失調症ワークショップ
  • 国際学会
• [学会発表] 放射線治療と免疫チェックポイント阻害剤併用時の最適化を目指した基礎医学研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 柴田 淳史
  • 学会等名: 第23回菅原・大西記念癌治療増感研究シンポジウム
  • 招待講演
• [備考] 柴田研究室
  • URL: https://shibataxlab.com/
• [備考] SHIBATA LAB
  • URL: https://shibataxlab.com/english/