腫瘍組織多様性理解のための単一細胞に対する時空間内包型数理的解析手法の提案

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K12215
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 片山 琴絵 東京大学, 医科学研究所, 准教授 (40581195)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: がん / バイオインフォマティクス / 単一細胞解析 / シンボリックデータ / 接合分布関数

研究実績の概要

本研究は単一細胞解析において現在のほとんどの技術が細胞の破壊を必須としており、その時点での細胞情報を得ることはできても細胞自体の時間および空間情報の欠失がついてまわる問題を数理的モデルを用いて解決しようとするものである。
令和元年度においては腫瘍組織内のがん細胞の多様性が「腫瘍内不均一性」としてがんの発生には、突然変異した細胞のクローンに起因するプロセスと、がん幹細胞から分化したプロセスの両方が関与していると考えられているが、これまでの手法では、プロセスの異なる複数個の細胞を区別のなく同一集団として扱うため、がんの発生メカニズムや転移といった現象を特徴付けるのに限界がありこれを数理的な観点から記述を定義を行い既存手法との比較見当を行なった。令和２年度には単一細胞における細胞周期による揺らぎを確率分布として記述することにより腫瘍組織内のがん細胞の多様性を明らかとするモデルの構築を行っている。モデルの構築のため公共データベースから取得した1 細胞ゲノムシークエンスデータやトランスクリプトームデータを用いて、遺伝子変異情報、発現を解析する事によって、細胞種別を確率分布で表現する方法を適応し、腫瘍細胞集団像を再構築する手法として、古典的なクラスタリング方法に加えて、単一細胞に特化したACCENSE、NN-Cliqとの比較検討を行い評価を行なった。腫瘍細胞の空間構造を特定の時点で観測された姿として明らかにする既存手法では、明らかにすることが困難であった細胞集団の出現時期について推定を行う系統関係に関する情報を得るに成功していることを確認した。
令和３年度においては令和２年度までに構築したモデルを用いて時系列取得された実データを用いて腫瘍細胞集団像および時間軸での系統関係を再構築するに至った。

研究成果

• [雑誌論文] Early dynamics of circulating tumor DNA predict clinical response to immune checkpoint inhibitors in metastatic renal cell carcinoma (2022)
  • 著者名/発表者名: Koh Yoko、Nakano Kosuke、Katayama Kotoe、Yamamichi Gaku、Yumiba Satoru、Tomiyama Eisuke、Matsushita Makoto、Hayashi Yujiro、Yamamoto Yoshiyuki、Kato Taigo、Hatano Koji、Kawashima Atsunari、Ujike Takeshi、Imamura Ryoichi、Yamaguchi Rui、Imoto Seiya、Shiotsu Yukimasa、Nonomura Norio、Uemura Motohide
  • 雑誌名: International Journal of Urology 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/iju.14816
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Perioperative circulating tumor DNA enables the identification of patients with poor prognosis in upper tract urothelial carcinoma (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakano K, Koh Y, Yamamichi G, Yumiba S, Tomiyama E, Matsushita M, Hayashi Y, Wang C, Ishizuya Y, Yamamoto Y, Kato T, Hatano K, Kawashima A, Ujike T, Fujita K, Kiyotani K, Katayama K, Yamaguchi R, Imoto S, Imamura R, Nonomura N, Uemura M
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1111/cas.15334
• [雑誌論文] Clinical Characteristics of Patients with Coronavirus Disease (COVID-19): Preliminary Baseline Report of Japan COVID-19 Task Force, a Nationwide Consortium to Investigate Host Genetics of COVID-19 (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, Hiromu, et al.
  • 雑誌名: International Journal of Infectious Diseases 巻: 113 ページ: 74～81
  • DOI: 10.1016/j.ijid.2021.09.070
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of targeted nanopore sequencing for the screening and determination of structural variants in patients with Lynch syndrome (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K., Kasajima, R., Takane, K. et al.
  • 雑誌名: Journal of Human Genetics 巻: 66 ページ: 1053～1060
  • DOI: 10.1038/s10038-021-00927-9
  • 査読あり