エピゲノム解析による胃がん発生機序の解明と新規治療開発

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K08340
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 股野 麻未 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 共同研究員 (20439889)
• 研究分担者: 南木 康作 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (30571137) ; 佐藤 俊朗 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (70365245)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 胃がん

研究実績の概要

胃がんは臨床医学的に多様で不均一性の高いがん腫であるが，その病態理解および治療開発のため，分子遺伝学的解析が進められてきた．一方で，ゲノム変化によらないエピジェネティックな発がん機序が注目いるが，従来の動物モデルなどで再現・解析が困難であり，詳細な分子基盤の解明は十分ではない．本研究ではオルガノイドを用いて下記の課題に取り組み，発がんおよび悪性化に寄与するエピゲノム変化の解明と標的治療開発を目指した．
（１）胃正常上皮・化生・がんオルガノイドライブラリーの構築では，研究分担者である南木らが2018年に報告した正常胃上皮，腸上皮化生および胃がん37検体のオルガノイドライブラリー（Cell 2018）について検体数の拡張を行った．
（２）転写因子ネットワーク解析では，構築したオルガノイドライブラリーを用いてクロマチン免疫沈降シークエンス（ChIP-seq）およびtransposomeを使用した網羅的オープンクロマチン領域解析（ATAC-seq）の手法を用いてエピゲノム解析を行った．
（３）ゲノム編集を用いた転写因子ネットワークの摂動解析では，CRISPR-Cas9によるゲノム編集技術を用いて，転写因子の摂動解析研究を行った．転写因子ネットワーク解析で得られた結果をもとに，推測される転写因子を正常上皮や化生・がんオルガノイドにノックアウト，もしくは過剰発現させることによって，細胞系列特性の変容をin vitroの実験系で再現した．このような手法で，ゲノム編集技術を利用した遺伝学的変化の再構築と，その形質変化の検証を行った．

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

本年度は臨床サンプルから，胃がんオルガノイドの樹立を行った．樹立した胃オルガノイドは100ライン以上となり、中には多数の腸上皮化生オルガノイドや、神経内分泌細胞腫瘍やAFP産生胃がんといった，希少だが予後の不良ながんも多数含まれている．
構築したオルガノイドライブラリーに対して，クロマチン免疫沈降シークエンス（ChIP-seq）およびtransposomeを使用した網羅的オープンクロマチン領域解析（ATAC-seq）の手法を用いてエピゲノム解析を行い，精度の高い結果が得られている．
また，25ラインの神経内分泌細胞腫瘍のオルガノイドライブラリーを樹立し，エピゲノム解析の技術をもとに神経内分泌細胞腫瘍のエピゲノム異常を解析，さらに遺伝子変異導入と転写因子の摂動によって人工神経内分泌細胞腫瘍を作成することに成功した．この成果をCell誌に発表した．
またびまん性胃がんを樹立し，条件を変化させて培養することにより，低分化腺がんが印環細胞がんへと微小環境に応じて変化することを実証した．この結果をGastroenterology誌に発表した．
このように，研究は順調に経過している．

今後の研究の推進方策

本年度に得られた，転写因子ネットワークのデータを元に，オルガノイドへのゲノム編集技術を用いて，プロスペクティブな検証を行う．疾患因子の同定と追加遺伝子改変を行う解析サイクルを繰り返し，腫瘍組織の再現を目指す．さらにin vitroでの増殖因子への依存性や，異種移植実験による病理組織といった形質との相関性を確認する．
また，これまでに確立してきたHigh Throughput Screeningの手法を最適化する．エピジェネティック薬をリスト化し，胃がんの特定の集団に有効な薬剤を同定する．また，エピゲノム解析およびゲノム編集技術と合わせて，有効性の機序や，有効性を示す胃がん集団の特徴について明らかにし，新規標的治療開発に結びつけることを目指す．

研究成果

• [雑誌論文] Wnt Signaling Shapes the Histologic Variation in Diffuse Gastric Cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: Togasaki K, Sugimoto S, Ohta Y, Nanki K, Matano M, Takahashi S, Fujii M, Kanai T, Sato T.
  • 雑誌名: Gastroenterology 巻: 160 ページ: 823-830
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2020.10.047.
  • 査読あり
• [雑誌論文] An Organoid Biobank of Neuroendocrine Neoplasms Enables Genotype-Phenotype Mapping (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki K, Toshimitsu K, Matano M, Fujita M, Fujii M, Togasaki K, Ebisudani T, Shimokawa M, Takano A, Takahashi S, Ohta Y, Nanki K, Igarashi R, Ishimaru K, Ishida H, Sukawa Y, Sugimoto S, Saito Y, Maekawa A, Tanabe M, Ishihara S,Hamamoto Y, Yasuda H, Sekine S, Kudo A, Kitagawa Y, Kanai T, Nakagawa H, Sato T.
  • 雑誌名: Cell 巻: 183 ページ: 1420-1435
  • DOI: 10.1016/j.cell.2020.10.023.
  • 査読あり