iPS細胞誘導によるクローン性を利用したドライバーおよびパッセンジャー変異の検出

2016 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K07137
• 研究機関: 国立研究開発法人国立成育医療研究センター
• 研究代表者: 岡村 浩司 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, システム発生・再生医学研究部, 室長 (80456194)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: iPS細胞 / 色素性乾皮症 / XPA / ドライバー変異 / パッセンジャー変異

研究実績の概要

がん細胞は一般的に構造変異も含め多くの体細胞変異を保持しており、また増殖に従って新規な変異を蓄積してゆく。これらは、がん化に関わったと考えられるドライバー変異とは異なり、細胞の増殖や生存とは関わりがないものがほとんどでパッセンジャー変異と呼ばれ区別される。がんの発生機序を理解し、予防や治療、創薬に役立てるために多数の体細胞変異の中からドライバー変異を同定することがきわめて重要となるが、診断、変異パターンのプロファイリングからのがんの識別、免疫療法、予後予測などにおいてはパッセンジャー変異の検出も軽視できない。つまり両者を識別して検出することががん研究の一つの課題となっている。これまで、DNA二本鎖切断修復に関与する遺伝子ATMに損傷を持つ毛細血管拡張性運動失調症をモデルとし、罹患者の線維芽細胞からiPS細胞を作製、全エクソーム解析により変異を調べてきた。本研究課題初年度においては、もう一つの重要なDNA修復機構である塩基除去修復に着目し、それに関わる遺伝子のうちXPAを取り上げ研究を開始した。遺伝子XPAのスプライシング部位にホモ変異を持つ色素性乾皮症患者2名の線維芽細胞からiPS細胞をそれぞれ1株ずつ樹立し、線維芽細胞とiPS細胞のそれぞれで全エクソーム解析を行い、ゲノム塩基配列の比較を行った。がんのドライバー変異に相当するXPAの変異部位は一致してたが、多数検出された体細胞変異は2株で1つとして一致するものはなく、その一方、一塩基置換がジピリミジン(YpY)に集中して見られる、また毛細血管拡張性運動失調症iPS細胞に多く見られたindel変異や構造変異はほとんど見つからないというシグナチャーは非常によく一致していた。この結果はATMとXPAのDNA修復における役割の違いを明確に、かつ相補的に示すものとなった。

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

本研究課題の申請段階で発表していた毛細血管拡張性運動失調症の論文に加え、DNA修復機構に関しそれと相補的な研究対象となる色素性乾皮症についての論文を初年度に出版することができた。さらなるサンプル収集には困難を感じていたが、宮崎大学との共同研究で日本医療研究開発機構の幹細胞・再生医学イノベーション創出プログラムに採択され、こちらの研究課題からEC細胞も含めた多くのヒトiPS細胞のデータを取得することが可能となった。その目的は機械学習により幹細胞の分化指向性を判断させるもので、できるだけ多くの学習データを揃える必要がある一方、変異検出については特に調べる予定はない。そこでこれらサンプルを本研究課題に活かして、サンプル収集の問題を克服、さらには当初の計画以上の結果を出せる可能性も出てきた。

今後の研究の推進方策

初年度に行った全エクソーム解析においては、タンパク質翻訳領域に限定されたベイトではなく、5'および3'両非翻訳領域やノンコーディングRNA領域も含めた約80 Mbをカバーするベイトを用いてゲノム断片の濃縮を行った。通常の全エクソーム解析と比べ、2倍程度の領域に渡って変異検出ができているものの全ゲノムの5%にも満たない。ドライバー変異の検出ができている可能性は高いが、パッセンジャー変異を網羅的に検出することとも、体細胞変異のシグネチャーを把握する上で重要となる。そこで2年目は、これまでに問題なく解析を行うことができたサンプルに対し、全ゲノムリシークエンシング解析を実施し、より正確なプロファイリングを行なってゆく。

次年度使用額が生じた理由

本研究課題採択前に取得していた色素性乾皮症患者の線維芽細胞から樹立したiPS細胞の解析が順調に進み、新たなサンプル収集よりもデータ解析に時間を費やしたため。

次年度使用額の使用計画

別な研究課題による宮崎大学との共同研究で、別財源により30株程度のiPS細胞を樹立することができた。その課題においては体細胞の変異検出は行わないため、これらを本研究課題のサンプル収集とし、変異検出を本財源により実施する。

研究成果

• [雑誌論文] Potential roles of DNA methylation in the initiation and establishment of replicative senescence revealed by array-based methylome and transcriptome analyses (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakaki Mizuho、Ebihara Yukiko、Okamura Kohji、Nakabayashi Kazuhiko、Igarashi Arisa、Matsumoto Kenji、Hata Kenichiro、Kobayashi Yoshiro、Maehara Kayoko
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 12 ページ: e0171431～1
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0171431
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ZNF384-related fusion genes consist of a subgroup with a characteristic immunophenotype in childhood B-cell precursor acute lymphoblastic leukemia (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Hirabayashi, Kentaro Ohki*, Kazuhiko Nakabayashi, Hitoshi Ichikawa, Yukihide Momozawa, Kohji Okamura, Akinori Yaguchi, Kazuki Terada, Yuya Saito, Ai Yoshimi, Hiroko Ogata-Kawata, Hiromi Sakamoto, et al.
  • 雑誌名: Haematologica 巻: 102 ページ: 118-129
  • DOI: 10.3324/haematol.2016.151035
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome-wide multilocus imprinting disturbance analysis in Temple syndrome and Kagami-Ogata syndrome (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayo Kagami*, Keiko Matsubara, Kazuhiko Nakabayashi, Akie Nakamura, Shinichiro Sano, Kohji Okamura, Kenichiro Hata, Maki Fukami, and Tsutomu Ogata*
  • 雑誌名: Genet. Med. 巻: 19 ページ: 476-482
  • DOI: 10.1038/gim.2016.123
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Targeted DNA demethylation in vivo using dCas9-peptide repeat and scFv–TET1 catalytic domain fusions (2016)
  • 著者名/発表者名: Sumiyo Morita, Hirofumi Noguchi, Takuro Horii, Kazuhiko Nakabayashi, Mika Kimura, Kohji Okamura, Atsuhiko Sakai, Hideyuki Nakashima, Kenichiro Hata, Kinichi Nakashima, and Izuho Hatada*
  • 雑誌名: Nat. Biotechnol. 巻: 34 ページ: 1060-1065
  • DOI: 10.1038/nbt.3658
  • 査読あり
• [雑誌論文] In vivo maturation of human embryonic stem cell-derived teratoma over time (2016)
  • 著者名/発表者名: Hidenori Akutsu, Michiyo Nasu, Shojiroh Morinaga, Teiichi Motoyama, Natsumi Honma, Masakazu Machida, Mayu Yamazaki-Inoue, Kohji Okamura, Kazuhiko Nakabayashi, Shuji Takada, Naoko Nakamura, Seiichi Kanzaki, Kenichiro Hata, and Akihiro Umezawa*
  • 雑誌名: Regen. Ther. 巻: 5 ページ: 31-39
  • DOI: 10.1016/j.reth.2016.06.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NR0B1 frameshift mutation in a boy with idiopathic central precocious puberty (2016)
  • 著者名/発表者名: Hirohito Shima, Shuichi Yatsuga, Akie Nakamura, Shinichiro Sano, Takako Sasaki, Noriyuki Katsumata, Erina Suzuki, Kenichro Hata, Kazuhiko Nakabayashi, Yukihide Momozawa, Michiaki Kubo, Kohji Okamura, Shigeo Kure, Yoichi Matsubara, Tsutomu Ogata, Satoshi Narumi, and Maki Fukami*
  • 雑誌名: Sex. Dev. 巻: 10 ページ: 205-209
  • DOI: 10.1159/000448726
  • 査読あり
• [雑誌論文] Complex genomic rearrangement within the GNAS region associated with familial pseudohypoparathyroidism type 1b (2016)
  • 著者名/発表者名: Akie Nakamura, Erika Hamaguchi, Reiko Horikawa, Yasuyuki Nishimura, Masayuki Yamada, Keiko Matsubara, Shinichiro Sano, Keisuke Nagasaki, Yoichi Matsubara, Akihiro Umezawa, Toshihiro Tajima, Tsutomu Ogata, Masayo Kagami, Kohji Okamura, and Maki Fukami*
  • 雑誌名: J. Clin. Endocrinol. Metab. 巻: 101 ページ: 2623-2627
  • DOI: 10.1210/jc.2016-1725
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinctive features of single nucleotide alterations in induced pluripotent stem cells with different types of DNA repair deficiency disorders (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohji Okamura, Hironari Sakaguchi, Rie Sakamoto-Abutani, Mahito Nakanishi, Ken Nishimura, Mayu Yamazaki-Inoue, Manami Ohtaka, Vaiyapuri S. Periasamy, Ali A. Alshatwi, Akon Higuchi, Kazunori Hanaoka, Kazuhiko Nakabayashi, Shuji Takada, Kenichiro Hata, Masashi Toyoda, and Akihiro Umezawa*
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 6 ページ: 26342
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1038/srep26342
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Human genetic variation database, a reference database of genetic variations in the Japanese population (2016)
  • 著者名/発表者名: Koichiro Higasa, Noriko Miyake, Jun Yoshimura, Kohji Okamura, Tetsuya Niihori, Hirotomo Saitsu, Koichiro Doi, Masakazu Shimizu, Kazuhiko Nakabayashi, Yoko Aoki, Yoshinori Tsurusaki, Shinichi Morishita, Takahisa Kawaguchi, et al.
  • 雑誌名: J. Hum. Genet. 巻: 61 ページ: 547-553
  • DOI: 10.1038/jhg.2016.12
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Lists of HumanMethylation450 BeadChip probes with nucleotide-variant information obtained from the phase 3 data of the 1000 genomes project (2016)
  • 著者名/発表者名: Kohji Okamura, Tomoko Kawai, Kenichiro Hata, and Kazuhiko Nakabayashi*
  • 雑誌名: Genom. Data 巻: 7 ページ: 67-69
  • DOI: 10.1016/j.gdata.2015.11.023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete genome sequence of the mitochondrial DNA of the sparkling enope squid, Watasenia scintillans (2016)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hayashi, Yuri L. Kawai, Kei Yura, Masa-aki Yoshida, Atasushi Ogura, Kenichiro Hata, Kazuhiko Nakabayashi, and Kohji Okamura*
  • 雑誌名: Mitochondrial DNA 巻: 27 ページ: 1842-1843
  • DOI: 10.3109/19401736.2014.971251
  • 査読あり
• [学会発表] ハイブリッドアセンブリによる健常日本人男性の全ゲノム配列決定 (2016)
  • 著者名/発表者名: 岡村 浩司, 三浦 巧, 中林 一彦, 秦 健一郎, 佐藤 陽治, 梅澤 明弘
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-11-30