マルチオミクスを活用した新規プロテオーム解析技術の創出と脳腫瘍バイオマーカー探索

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03774
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 木村 弥生 横浜市立大学, 先端医科学研究センター, 准教授 (80391936)
• 研究分担者: 立石 健祐 横浜市立大学, 医学部, 助教 (00512055)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: プロテオミクス / バイオマーカー探索 / 癌 / マルチオミクス

研究実績の概要

本研究では、患者病変部より独自に樹立した病態再現性の高い、様々なヒト由来脳腫瘍細胞株(patient-derived cell, PDC)を活用して、血清中に分泌される脳腫瘍関連タンパク質を同定するための新技術の確立と、早期診断、腫瘍型の分類、治療効果予測などに有用な脳腫瘍ための血清バイオマーカーの開発を目指している。そのため、令和元年度は、以下の研究を行った。
1．細胞のアイデンティティの決定に関与する遺伝子の発現制御にはたらくゲノム領域であるスーパーエンハンサー(SE)を探索するために、様々な遺伝的背景を有する4種類のPDCについて、ヒストンH3の27番目のリジン残基のアセチル化修飾（H3K27ac）抗体を用いたクロマチン免疫沈降（ChIP）と、大量並列シーケンステクノロジーを併用したChIP-seq解析を実施した。さらに、これらSEにより発現制御され、各PDCの表現型を決定する遺伝子座、およびそれらがコードする遺伝子群を選別し、薬剤抵抗性PDCに共通する遺伝子群を抽出した。
2．質量分析装置を用いた細胞内プロテオーム定量解析を実施し、各PDCにおいて発現変動するタンパク質群を探索した。その結果、薬剤感受性PDC群に対して、薬剤抵抗性PDC群において2倍以上発現変動するタンパク質(p<0.001)を抽出した。この結果に基づき、パスウェイ解析ソフトウェアIPAを用いて関連する下流の生化学的機能を予測した。その結果、薬剤抵抗性PDCでは細胞の運動性が促進される一方で、細胞死が抑制される傾向にあることがわかった。
3．上記2種類の解析結果から、薬剤抵抗性PDCに特徴的なタンパク質を16種類まで絞り込んだ。この中には癌の悪性化に関与することがわかっている転写因子やリン酸化酵素も含まれていた。

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

令和元年度は、腫瘍型の分類や治療効果予測などに有用な脳腫瘍ためのバイオマーカーの開発のために、各PDCの表現型を決定するスパーエンハンサーの同定と、それが発現制御する遺伝子群の抽出、さらには細胞内プロテオーム解析を実施した。当初の想定に反し、腫瘍の表現型を決定する遺伝子を効率良く絞り込むためには、より複数の試料の解析が必要だったことや、Chip-seq解析の実施を担当する協力者の事情(装置の不具合)と試料の質の問題により、Chip-seq解析期間が長期化した。しかし、複数PDCから今後の研究進捗にかかわる重要な基礎データを収集することができ、表現型に関連する特徴的なタンパク質の効率的な絞り込みが可能となった。また血清を用いた新たなバイオマーカー候補タンパク質探索法の開発に取り組む準備もできた。

今後の研究の推進方策

令和元年度は、Chip-seq解析や細胞内プロテオーム定量解析により、本研究の進捗にかかわる重要なデータを収集した。令和二年度は、これらのデータを基礎として、血清バイオマーカー候補タンパク質探索法の開発に取り組む。そのために、複数種類のPDCを同所移植したマウスを準備し、質量分析装置を用いてマウス血清中に含まれるタンパク質を網羅的に測定する。またそのための方法を検討する。さらに取得したデータの中から脳腫瘍のための血清バイオマーカー候補タンパク質を絞り込む。それと同時に、令和元年度に絞り込んだ薬剤抵抗性PDCに特徴的なタンパク質の発現パターンを、マウス体内で増殖した腫瘍組織や患者から摘出した腫瘍組織を用いて調べ、薬剤抵抗性や悪性度との関連性を検討する。これにより、治療効果予測に有用なバイオマーカー候補を探索する。

研究成果

• [雑誌論文] Proteomic analysis of exosome-enriched fractions derived from cerebrospinal fluid of amyotrophic lateral sclerosis patients (2020)
  • 著者名/発表者名: Hayashi N, Doi H, Kurata Y, Kagawa H, Atobe Y, Funakoshi K, Tada M, Katsumoto A, Tanaka K, Kunii M, Nakamura H, Takahashi K, Takeuchi H, Koyano S, Kimura Y, et al.,
  • 雑誌名: Neuroscience Research 巻: 160 ページ: 43～49
  • DOI: 10.1016/j.neures.2019.10.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel targets identified by integrated cancer-stromal interactome analysis of pancreatic adenocarcinoma (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiroshima Y, Kasajima R, Kimura Y, Komura D, Ishikawa S, Ichikawa Y, Bouvet M, Yamamoto N, Oshima T, Morinaga S, Singh SR, Hoffman RM, Endo I and Miyagi Y
  • 雑誌名: Cancer Letters 巻: 469 ページ: 217～227
  • DOI: 10.1016/j.canlet.2019.10.031
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Gain-of-Function MN1 Truncation Variants Cause a Recognizable Syndrome with Craniofacial and Brain Abnormalities (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyake N, Takahashi H, Nakamura K, Isidor B, Hiraki Y, Koshimizu E, Shiina M, Sasaki K, Suzuki H, Abe R, Kimura Y, Akiyama T, et al.,
  • 雑誌名: The American Journal of Human Genetics 巻: 106 ページ: 13～25
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2019.11.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High gamma-glutamyl hydrolase and low folylpolyglutamate synthetase expression as prognostic biomarkers in patients with locally advanced gastric cancer who were administrated postoperative adjuvant chemotherapy with S-1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Maezawa Y, Sakamaki K, Oue N, Kimura Y, Hashimoto I, et al.,
  • 雑誌名: Journal of Cancer Research and Clinical Oncology 巻: 146 ページ: 75～86
  • DOI: 10.1007/s00432-019-03087-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The usefulness of straight chemotherapy for dermal exposed anaplastic lymphoma kinase fusion-positive anaplastic large-cell lymphoma with intracranial invasion (2019)
  • 著者名/発表者名: Abe H, Nakamura T, Yoshitomi M, Enaka M, Tateishi K, Shiba N, Yamanaka S, Yamamoto T.
  • 雑誌名: Asian Journal of Neurosurgery 巻: 14 ページ: 1218～1221
  • DOI: 10.4103/ajns.AJNS_158_19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Autologous Transfusion of Blood Aspirated during Suction Decompression in Clipping of Large or Giant Cerebral Aneurysm (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuzawa R, Murata H, Sato M, Miyazaki R, Tanaka T, Shimizu N, Tateishi K, Suenaga J, Yamamoto T.
  • 雑誌名: Neurologia medico-chirurgica 巻: 59 ページ: 351～356
  • DOI: 10.2176/nmc.tn.2018-0299
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Genome‐wide DNA methylation profiling shows molecular heterogeneity of anaplastic pleomorphic xanthoastrocytoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T, Fukuoka K, Nakano Y, Yamasaki K, Matsushita Y, Yamashita S, Ikeda J, Udaka N, Tanoshima R, Shiba N, Tateishi K, et al.,
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 110 ページ: 828～832
  • DOI: 10.1111/cas.13903
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell Surface Notch Ligand DLL3 is a Therapeutic Target in Isocitrate Dehydrogenase-mutant Glioma (2019)
  • 著者名/発表者名: Spino M, Kurz SC, Chiriboga L, Serrano J, Zeck B, Sen N, Patel S, Shen G, Vasudevaraja V, Tsirigos A, Suryadevara CM, Frenster JD, Tateishi K, et al.,
  • 雑誌名: Clinical Cancer Research 巻: 25 ページ: 1261～1271
  • DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-18-2312
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Human recombinant erythropoietin improves motor function in rats with spinal cord compression-induced cervical myelopathy (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T, Murata H, Miyazaki R, Yoshizumi T, Sato M, Ohtake M, Tateishi K, Kim P, Yamamoto T.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 14 ページ: e0214351
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0214351
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] PI3K/AKT/mTOR Pathway Alterations Promote Malignant Progression and Xenograft Formation in Oligodendroglial Tumors (2019)
  • 著者名/発表者名: Tateishi K, Nakamura T, et al.,
  • 雑誌名: Clinical Cancer Research 巻: 25 ページ: 4375～4387
  • DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-18-4144
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular genetics and therapeutic targets of pediatric low-grade gliomas (2019)
  • 著者名/発表者名: Tateishi K, Nakamura T, Yamamoto T.
  • 雑誌名: Brain Tumor Pathology 巻: 36 ページ: 74～83
  • DOI: 10.1007/s10014-019-00340-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Network-guided analysis of hippocampal proteome identifies novel proteins that colocalize with Aβ in a mice model of early-stage Alzheimer’s disease (2019)
  • 著者名/発表者名: Aladeokin AC, Akiyama T, Kimura A, Kimura Y, et al.,
  • 雑誌名: Neurobiology of Disease 巻: 132 ページ: 104603
  • DOI: 10.1016/j.nbd.2019.104603
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two distinct mechanisms target the autophagy-related E3 complex to the pre-autophagosomal structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Harada K, Kotani T, Kirisako H, Sakoh-Nakatogawa M, Oikawa Y, Kimura Y, Hirano H, Yamamoto H, Ohsumi Y, Nakatogawa H
  • 雑誌名: eLife 巻: 8 ページ: e43088
  • DOI: 10.7554/eLife.43088
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical Significance of PRKCI Gene Expression in Cancerous Tissue in Patients With Gastric Cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroshima Y, Kasajima R, Kimura Y, et al.,
  • 雑誌名: Anticancer Research 巻: 39 ページ: 5715～5720
  • DOI: 10.21873/anticanres.13771
  • 査読あり
• [雑誌論文] PIM kinases facilitate lentiviral evasion from SAMHD1 restriction via Vpx phosphorylation (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyakawa K, Matsunaga S, Yokoyama M, Nomaguchi M, Kimura Y, Nishi M, Kimura H, Sato H, Hirano H, Tamura T, Akari H, Miura T, Adachi A, Sawasaki T, Yamamoto N and Ryo A
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 ページ: 1844
  • DOI: 10.1038/s41467-019-09867-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical Significance of KIAA1199 as a Novel Target for Gastric Cancer Drug Therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Oneyama M, Sakamoto N, Oue N, Kimura Y, Hiroshima Y, et al.,
  • 雑誌名: Anticancer Research 巻: 39 ページ: 6567～6573
  • DOI: 10.21873/anticanres.13872
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of the ESM-1 Gene Expression on Outcomes in Stage II/III Gastric Cancer Patients Who Received Adjuvant S-1 Chemotherapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Kano K, Sakamaki K, Oue N, Kimura Y, Hashimoto I, et al.,
  • 雑誌名: In Vivo 巻: 34 ページ: 461～467
  • DOI: 10.21873/invivo.11796
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ヒト由来中枢神経原発悪性リンパ腫細胞株を用いた腫瘍発生進展機構の解明、治療法探求のためのトランスレーショナル研究. (2019)
  • 著者名/発表者名: 立石健祐, 佐々木重嘉, 河津正人, 三宅勇平, 中村大志, 吉井幸恵, 松下裕子, 山中正二, 山本哲哉, 脇本浩明, 永根基雄, 市村幸一.
  • 学会等名: 第37回日本脳腫瘍学会学術総会
• [学会発表] 皮質脊髄路描出に影響を及ぼす因子解析と皮質MEP検出度の検証. (2019)
  • 著者名/発表者名: 立石健祐, 大竹誠, 佐藤充, 池谷直樹, 末永潤, 村田英俊, 山本哲哉.
  • 学会等名: 第49回日本臨床神経整理学会学術大会
• [学会発表] PI3 kinase pathway alterations promote tumor progression and xenograft formation in oligodendroglial tumors. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tateishi K, Nakamura T, Juratli TA, Miyake S, Yamanaka S, Yamamoto T, Ichimura K, Wakimoto H, Cahill DP.
  • 学会等名: ASNO meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ヒト由来中枢神経原発悪性リンパ腫細胞株を用いた腫瘍発生進展機構の解明、治療法探求のためのトランスレーショナル研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 立石健祐, 佐々木重嘉, 河津正人, 三宅勇平, 中村大志, 吉井幸恵, 松下裕子, 山中正二, 山本哲哉, 脇本浩明, 永根基雄, 市村幸一.
  • 学会等名: 第20回日本分子脳神経外科学会
• [学会発表] E-cadherin発現制御タンパク質の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 井野 洋子, 梁 明秀, 平野 久, 木村 弥生
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2019年大会・第70回日本電気泳動学会総会合同大会
• [学会発表] 定量プロテオーム解析による骨粗鬆症の血清バイオマーカー探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中居佑介, 木村鮎子, 森山佳谷乃, 香川裕之, 井野洋子, 熊谷研, 齋藤知行, 木村弥生, 平野久.
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2019年大会・第70回日本電気泳動学会総会合同大会
• [学会発表] Analysis of secretome in serum-containing medium by BONCAT (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Shin, Y.Kimura, H. Hirano, C. Lee, A. Ryo
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2019年大会・第70回日本電気泳動学会総会合同大会
• [学会発表] 電気泳動を用いたタンパク質の翻訳後修飾解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 木村弥生
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2019年大会・第70回日本電気泳動学会総会合同大会
  • 招待講演