大規模シーケンスとコンピューティングによるがんの進化と多様性の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: がんシステムの新次元俯瞰と攻略
• 研究課題/領域番号: 15H05909
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 小川 誠司 京都大学, 医学研究科, 教授 (60292900)
• 研究期間 (年度): 2015-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 総合生物 / ゲノム科学 / システムゲノム科学 / 総合生物 / 腫瘍学

研究実績の概要

a)癌の起源と進化に関する解析。食道癌については、がん試料に加えて、非がん部粘膜より多数サンプリングを行い、全エクソン解析を実施した。アルコール過剰摂取・喫煙歴のある患者では、一見正常な食道粘膜組織にすでに無数のクローン性増殖が生じることが明らかとなった。また、脳腫瘍、大腸がん、肝癌、および尿路上皮がんに関しても、多数サンプリング試料において高深度シーケンスおよびエクソンシーケンスを行った。
b)全ゲノムシーケンスによる新たな発がんメカニズムの解析。48例の成人T細胞白血病・リンパ腫試料について、全ゲノムシーケンスを行い、宮野らにより構築された解析用パイプラインを用いて解析を行った。その結果、単一塩基置換、塩基の挿入欠失に加えて、従来の全エクソン解析では同定されなかったCARD11、TP73、IKZF2遺伝子の特定のエクソンに集積する微小欠失を含む、様々な構造異常が同定され、全ゲノム解析の重要性が確認された。
c)胚細胞系列の変異に関する解析。DDX41遺伝子について、多数例の孤発性骨髄系腫瘍に関する変異解析を実施した結果、DDX41の胚細胞変異は、孤発性の骨髄系腫瘍の3%内外で認められること、またこれらの症例の多くは、R525Hに集積する対側アレルの体細胞を伴っていることが明らかとなった。また、DDX41遺伝子変異については機能欠失アレルおよびR525Hアレルを導入したマウスモデルの作成がほぼ完了した。
d)臨床シーケンスの開発。乳癌、血液系腫瘍、大腸がんについて、候補遺伝子・染色体の異常を高感度に検出可能とする、標的シーケンスシステムを構築し、これまでに1000試料を越える腫瘍検体の解析を実施することにより、性能評価を行った。また、血漿および血球由来DNAについて、高深度シーケンスおよびdroplet PCR法を用いた微小腫瘍集団の検出システムを構築した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

癌の起源と進化に関する解析については、脳腫瘍、大腸がん、食道がんについては、予定していた解析を大きく上回る症例のゲノムシーケンス解析が終了しており、その他の腫瘍についても、予定のシーケンス解析を実施した。また、脳腫瘍(Suzuki et al., Nature genetics, 2015)、大腸がん(Sawada, et al., Gastroenteology, 2015)については、主要な成果についての論文発表をおこなった。また、ATLの全ゲノムシーケンス解析についても、予定数を上回る症例の解析が完了し、その成果はNature genetics誌に掲載された(Kataoka, et al., 2015)。胚細胞系列の変異に関する解析についても、予想以上の成果が得られた。実際、今回の解析によって、DDX41の胚細胞性変異はこれまでに知られている最大の白血病の遺伝的リスクを説明する胚細胞性異常であることが判明した(Polprasert et al., Cancer Cell, 2015)。さらに、臨床シーケンス解析については、システム構築のみならず、これらを再生不良性貧血の大規模コホートの解析に応用することにより、白血病・MDSの発症以前に生じているクローン性造血とそのダイナミックスを初めて明らかにし、その成果はNew England Journal of Medicineに掲載された(Yoshizato, et al., 2015)。シーケンスは予定症例数を大きく上回って進捗していること、また上記の成果は、いずれも、国際的に極めて高く評価されている研究成果であり、その意味においても、研究は当初の予定以上に進展していると判断した。

今後の研究の推進方策

本年度の進捗を踏まえて、今後の研究計画としては、以下の研究を進める。
1)癌の起源と進化に関する解析では、食道癌、大腸がん、甲状腺癌および泌尿器系腫瘍について、前がん病変、健常組織を含めた多数サンプリングによるシーケンス解析をさらに進めることにより、これらのがんの発症とクローン進化の過程をその初期病変から解明することを試みる。
2)全ゲノムシーケンスによる新たな発がんメカニズムの解析。びまん性大細胞型リンパ腫、中枢神経リンパ腫、末梢T細胞性リンパ腫、およびMDSについて腫瘍および正常組織(頬粘膜ないしCD3陽性細胞)も、各48ペアについて全ゲノムシーケンス解析を行い、宮野らによる新規アルゴリズムを用いて単一塩基置換、塩基の挿入欠失、tandem duplication、遺伝子再構成を高精度に同定する。また、non-coding RNAの発現異常や構造異常に関わるゲノム変異を同定し、同定されたnon-coding RNAについては、癌化における意義について機能的な解析を行う。
3)胚細胞系列の変異に関する解析。家族性MDSの家系について全エクソンないし全ゲノムシーケンスを行い、MDSの発症に関わる胚細胞変異の同定を試みる。DDX41遺伝子変異については前年度までに作成した機能欠失アレルおよびR525Hアレルを導入したマウスモデルにおける経時的採血によって得られる試料のシーケンス解析を用いたMDSのクローン進化の検討を行う。Biobank Japanの試料を用いた次世代シーケンス解析により、骨髄系腫瘍におけるドライバー遺伝子の胚細胞変異の網羅的な探索を行う。
4)臨床シーケンスに関する検討。大腸癌検体1000例および甲状腺乳頭癌500例について既知のドライバー変異に関するターゲットシーケンスを行い、遠隔転移や予後と相関する分子マーカーの同定を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Somatic Mutations and Clonal Hematopoiesis in Aplastic Anemia. (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshizato T, Dumitriu B, Hosokawa K, Makishima H, Yoshida K, Townsley D, Sato-Otsubo A, Sato Y, Liu D, Suzuki H, Wu CO, Shiraishi Y, Clemente MJ, Kataoka K, Shiozawa Y, Okuno Y, Chiba K, Tanaka H, Nagata Y, Katagiri T, Kon A, Sanada M, Scheinberg P, Miyano S, Maciejewski JP, Nakao S, Young NS, Ogawa S.
  • 雑誌名: N Engl J Med. 巻: 373(1) ページ: 35-47
  • DOI: 10.1056/NEJMoa1414799.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aberrant DNA Methylation Is Associated with a Poor Outcome in Juvenile Myelomonocytic Leukemia. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi H, Muramatsu H, Okuno Y, Makishima H, Xu Y, Furukawa-Hibi Y, Wang X, Narita A, Yoshida K, Shiraishi Y, Doisaki S, Yoshida N, Hama A, Takahashi Y, Yamada K, Miyano S, Ogawa S, Maciejewski JP, Kojima S.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: PLoS One 10(12) ページ: e0145394
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0145394. eCollection 2015.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Integrated molecular analysis of adult T cell leukemia/lymphoma. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kataoka K, Nagata Y, Kitanaka A, Shiraishi Y, et.al.Ogawa S.
  • 雑誌名: Nat Genet. 巻: 47(11) ページ: 1304-15
  • DOI: doi: 10.3324/haematol.2015.127092.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] GATA2 and secondary mutations in familial myelodysplastic syndromes and pediatric myeloid malignancies. (2015)
  • 著者名/発表者名: Wang X, Muramatsu H, Okuno Y, Sakaguchi H, Yoshida K, Kawashima N, Xu Y, Shiraishi Y, Chiba K, Tanaka H, Saito S, Nakazawa Y, Masunari T, Hirose T, Elmahdi S, Narita A, Doisaki S, Ismael O, Makishima H, Hama A, Miyano S, Takahashi Y, Ogawa S, Kojima S.
  • 雑誌名: Haematologica. 巻: 100(10) ページ: e398-401
  • DOI: doi: 10.3324/haematol.2014.111989.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] BRCC3 mutations in myeloid neoplasms. (2015)
  • 著者名/発表者名: Huang D, Nagata Y, Grossmann V, et.al.,Ogawa S, Makishima H.
  • 雑誌名: Haematologica. 巻: 100(8) ページ: 1051-7
  • DOI: doi: 10.3324/haematol.2014.111989.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Inherited and Somatic Defects in DDX41 in Myeloid Neoplasms. (2015)
  • 著者名/発表者名: Polprasert C, Schulze I, Sekeres MA, et. al. Ogawa S.
  • 雑誌名: Cancer Cell. 巻: 27(5) ページ: 658-70.
  • DOI: doi: 10.1016/j.ccell.2015.03.017.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Clinical and biological implications of ancestral and non-ancestral IDH1 and IDH2 mutations in myeloid neoplasms. (2015)
  • 著者名/発表者名: Alpermann T, Shiraishi Y, Chiba K, et.al. Ogawa S.
  • 雑誌名: Leukemia. 巻: 29(11) ページ: 2134-42.
  • DOI: doi: 10.1038/leu.2015.91.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Somatic Mutations and Clonal Hematopoiesis in Aplastic Anemia. (2015)
  • 著者名/発表者名: Young NS, Ogawa S.
  • 雑誌名: N Engl J Med. 巻: 373(17) ページ: 1675-1676.
  • DOI: doi: 10.1056/NEJMc1509703.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mutational landscape and clonal architecture in grade II and III gliomas. (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Aoki K, Chiba K, et.al. Ogawa S.
  • 雑誌名: Nat Genet. 巻: 47(5) ページ: 458-468.
  • DOI: doi: 10.1038/ng.3273.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Integrated molecular analysis of adult T-cell leukemia/lymphoma (2016)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: OOTR 12th & KBCCC 2016 Conference
  • 発表場所: ウェスティン都ホテル京都（京都市）
  • 年月日: 2016-03-05 – 2016-03-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integrated molecular analysis of adult T-cell leukemia lymphoma (2016)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: Tenth AACR-JCA Joint Conference on Breakthroughs in Cancer Research: From Biology to Therapeutics
  • 発表場所: Hyatt Regency Maui Maui, Hawaii, USA
  • 年月日: 2016-02-17 – 2016-02-17
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Impact of Somatic Mutations on Outcome in Patients with MDS after Stem-Cell Transplantation (2015)
  • 著者名/発表者名: Tetsuichi Yoshizato, Seishi Ogawa et.al.
  • 学会等名: 57th American Society of Hematology Annual Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ（U.S.A.）
  • 年月日: 2015-12-07 – 2015-12-07
• [学会発表] Serial Sequencing in Myelodysplastic Syndromes Reveals Dynamic Changes in Clonal Architecture and Allows for a New Prognostic Assessment of Mutations Detected in Cross-Sectional Testing (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideki Makishima, Seishi Ogawa et.al.
  • 学会等名: 57th American Society of Hematology Annual Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ（U.S.A.）
  • 年月日: 2015-12-07 – 2015-12-07
  • 国際学会
• [学会発表] Genetic Basis of Primary Central Nervous System Lymphoma (2015)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Yoshida, Seishi Ogawa et.al.
  • 学会等名: 57th American Society of Hematology Annual Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ（U.S.A.）
  • 年月日: 2015-12-06 – 2015-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] Genome-wide analysis of fusion genes using RNA sequencing for relapsed childhood acute lymphoblastic leukemia (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroo Ueno, Seishi Ogawa et.al.
  • 学会等名: 第57回小児血液がん学会学術集会
  • 発表場所: 甲府（山梨県）
  • 年月日: 2015-11-27 – 2015-11-27
• [学会発表] ゲノム情報の医療応用とその課題 (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: 現場からの医療改革推進協議会第十回シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学医科学研究所
  • 年月日: 2015-11-20 – 2015-11-29
  • 招待講演
• [学会発表] Clonal Hematopoiesis and somatic mutations in Aplastic Anemi (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: the 56th Autumn Meeting of the Korean Society of Hematology
  • 発表場所: Hotel Inter-Burgo, Deagu（Soul)
  • 年月日: 2015-11-06 – 2015-11-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Molecular profiling of MDS (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: the 56th Autumn Meeting of the Korean Society of Hematology
  • 発表場所: Hotel Inter-Burgo, Deagu（Soul)
  • 年月日: 2015-11-06 – 2015-11-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 成人T細胞白血病リンパ腫の統合分子解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: 第61回日本病理学会 秋期特別総会
  • 発表場所: 東京大学安田講堂（東京都）
  • 年月日: 2015-11-05 – 2015-11-05
  • 招待講演
• [学会発表] ngtegrated Molecular Analysis of Adult T-cell Leukemia/Lymphoma (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: Commemorative Symposium for the Opening of Personalized Cancer Medicine,Center SNU Cancer Hospital
  • 発表場所: Seoul National University Hospital（韓国）
  • 年月日: 2015-10-23 – 2015-10-23
  • 招待講演
• [学会発表] Genetic mutations in myeloid malignancy －germ-line and acquired mutations of hematological tumors (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: 第77回日本血液学会学術集会
  • 発表場所: ホテル金沢（石川県）
  • 年月日: 2015-10-18 – 2015-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] 成人T細胞白血病の統合的分子解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: 日本人類遺伝学会第60回大会
  • 発表場所: 京王プラザホテル（東京都）
  • 年月日: 2015-10-15 – 2015-10-15
  • 招待講演
• [学会発表] 家族性または散発性骨髄系腫瘍におけるDDX41胚細胞変異の検討 (2015)
  • 著者名/発表者名: June Takeda, Seishi Ogawa et.al.
  • 学会等名: 第74回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県）
  • 年月日: 2015-10-10 – 2015-10-10
• [学会発表] がんの起源と多様性について/The origin and diversity of human cancer (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: 第74回日本癌学会学術総会/The 74th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知県）
  • 年月日: 2015-10-09 – 2015-10-09
  • 招待講演
• [学会発表] 骨髄異形成症候群の遺伝学的基盤について (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: 第４７回藤田学園医学会
  • 発表場所: 藤田保健衛生大学（愛知県）
  • 年月日: 2015-10-02 – 2015-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] がん研究の今と展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: Seishi Ogawa
  • 学会等名: 統計数理理研究所 数学協働プログラム 「がんゲノム解析の数理」
  • 発表場所: 東京大学医科学研究所（東京都）
  • 年月日: 2015-09-30 – 2015-09-30
  • 招待講演
• [産業財産権] ヒトにおける骨髄腫瘍の発症又は発症リスクを検査する指標の取得方法ヒトにおけるＤＤＸ４１遺伝子の体細胞変異の存在又は将来的な発生を予測する指標の取得方法並びにこれらの検査又は予測のためのキット (2015)
  • 発明者名: 小川誠司、牧島秀樹、吉田健一
  • 権利者名: 小川誠司、牧島秀樹、吉田健一
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2015-093599
  • 出願年月日: 2015-12-08