機械学習技術を応用したDNAメチル化解析による小児脳腫瘍分類の新展開

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K06951
• 研究機関: 杏林大学
• 研究代表者: 里見 介史 杏林大学, 医学部, 講師 (10633977)
• 研究分担者: 義岡 孝子 国立研究開発法人国立成育医療研究センター, 病理診断部, 部長 (50381182) ; 高見 浩数 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (50548625)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2027-03-31
• キーワード: 人体病理 / 中枢神経系腫瘍 / DNAメチル化 / 網羅的発現解析

研究実績の概要

DNAメチル化解析を組織形態学的解析と遺伝子検索に統合し、治療奏効性や予後の予測に資する新しい小児脳腫瘍分類を策定するため、小児脳腫瘍及び成人に発生した小児型脳腫瘍のDNAメチル化プロファイルによる特徴づけを行なった。
Illumina Infinium Methylation EPIC BeadChip arrays (Illumina, Inc., San Diego, CA, USA)によって取得されたゲノムワイドDNAメチル化アレイデータから、近年、新しい脳腫瘍分類法として用いられるDNAメチル化分類を、ドイツがんセンター(Deutsches Krebsforschungszentrum, DKFZ)が公開するウェブツール(DKFZ Classifier) を用いて取得した。
また、ロングリードシークエンス技術である、ナノポアシークエンス（MinION, Oxford Nanopore Technologies, Oxford, UK）を用いてバイサルファイト処理なしにDNAメチル化情報を取得した。
これらのデータを用いて、DNAメチル化プロファイルを可視化するために、非線形性次元削減法を併用して、既知の中枢神経系腫瘍プロファイルとの類似性を明らかにし、詳細なゲノムワイドコピー数解析を行った。バイオインフォマティクス解析は、既に確立されていたR (RFoundation for Statistical Computing, Vienna, Austria) にminfiやRtsneを含む複数の解析パッケージを組み合わせた解析パイプラインを用いた。
上記、DNAメチル化解析から、中枢神経系腫瘍には稀有な遺伝子異常が示唆される所見が得られ、さらに詳細な解析のため網羅的発現解析により新規融合遺伝子を検索した。

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

既存のアーカイブ検体から、形態学的に診断困難で、各種遺伝子解析によっても診断を確定できない症例を検索した。既に10例でDNAメチル化解析を施行し、そのDKFZ classifier結果と非線形次元削減法による評価を完了した。
いずれの手法でも既知の腫瘍とは合致しないか、合致しても矛盾のある結果が得られた。現
在、網羅的発現解析を行い、融合遺伝子解析を行なっている。

今後の研究の推進方策

網羅的発現解析から、新規融合遺伝子を含む遺伝子異常が同定された。形態学特徴に着目して詳細な検討を追加し、DNAメチル化プロファイルの比較、同融合遺伝子に関連する既知の異常を有する腫瘍との比較解析を行い、英文論文として報告する。
現行のDNAメチル化解析には二つの問題点がある。一つはバイサルファイト処理が必要な点である。バイサルファイト処理は化学的な修飾作用を利用したDNAメチル化状態の検索であり、少なからずアーチファクトが加わる。アーチファクトのないDNAメチル化データの取得のためには、バイサルファイト処理なしにメチル化状態を知ることができるナノポアシークエンスが望ましい。二つ目はDNAメチル化アレイ解析に、事実上、解析プラットフォームが限定されていることである。腫瘍分類に必要とされるメチル化情報は1000-10000か所のCpGサイト程度であり、本研究の目的のために使われないデータが少なくない。より効率的な低コストのデータ取得のために、カスタム性に優れた解析プラットフォームの確立を目指す。
併せて現在までの解析パイプラインをウェブベースで半自動化するための解析システムの構築を目指し、オンプレミス解析サーバーの拡充や大規模計算機（SHIROKANE）の使用を検討する。

研究成果

• [雑誌論文] Decoding the DNA methylome of central nervous system tumors: An emerging modality for integrated diagnosis (2024)
  • 著者名/発表者名: Satomi Kaishi、Ichimura Koichi、Shibahara Junji
  • 雑誌名: Pathology International 巻: 74 ページ: 51～67
  • DOI: 10.1111/pin.13402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Implications of DNA Methylation Classification in Diagnosing Ependymoma. (2024)
  • 著者名/発表者名: Abe E, Suzuki M, Ichimura K, Arakawa A, Satomi K, Ogino I, Hara T, Iwamuro H, Ohara Y, Kondo A.
  • 雑誌名: World Neurosurgery 巻: 185 ページ: e1019-e1029.
  • DOI: 10.1016/j.wneu.2024.03.013.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Successful Multimodal Treatment of Intracranial Growing Teratoma Syndrome with Malignant Features. (2024)
  • 著者名/発表者名: Satake D, Natsumeda M, Satomi K, Tada M, Sato T, Okubo N, Kawabe K, Takahashi H, Tsukamoto Y, Okada M, Sano M, Iwabuchi H, Shibata N, Imamura M, Imai C, Takami H, Ichimura K, Nishikawa R, Umezu H, Kakita A, Oishi M.
  • 雑誌名: Current Oncology 巻: 31 ページ: 1831-1838
  • DOI: 10.3390/curroncol31040138.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Utility of genome-wide DNA methylation profiling for pediatric-type diffuse gliomas (2023)
  • 著者名/発表者名: Otani Yoshihiro、Satomi Kaishi、Suruga Yasuki、Ishida Joji、Fujii Kentaro、Ichimura Koichi、Date Isao
  • 雑誌名: Brain Tumor Pathology 巻: 40 ページ: 56～65
  • DOI: 10.1007/s10014-023-00457-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] A case of midbrain germinoma: A literature review for radiographic and clinical features (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyake Yohei、Tateishi Kensuke、Oshima Akito、Hongo Takeshi、Satomi Kaishi、Ichimura Koichi、Kato Ayumi、Iwashita Hiromichi、Utsunomiya Daisuke、Yamamoto Tetsuya
  • 雑誌名: Neuro-Oncology Advances 巻: 5 ページ: vdad043
  • DOI: 10.1093/noajnl/vdad043
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The role of nonlinear dimension reduction of genome‐wide DNA methylome in integrated diagnosis: A case study of glioblastoma, IDH‐wildtype (2023)
  • 著者名/発表者名: Satomi Kaishi、Saito Kuniaki、Shimoyamada Hiroaki、Onizuka Hiromi、Shibayama Takahiro、Hibiya Takashi、Hayashi Akimasa、Nagahama Kiyotaka、Yamagishi Yuki、Sasaki Nobuyoshi、Kobayashi Keiichi、Gomyo Miho、Nagane Motoo、Shibahara Junji
  • 雑誌名: Pathology International 巻: 73 ページ: 523～526
  • DOI: 10.1111/pin.13359
  • 査読あり
• [雑誌論文] KDM2B-Rearranged Soft Tissue Sarcomas Expand the Concept of BCOR-Associated Sarcoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Motoi Toru、Hirata Makoto、Kukita Yoji、Satomi Kaishi、Tamura Hiromi、Adachi Shiro、Matsushita Yuko、Horiguchi Shin-ichiro、Hishima Tsunekazu、Ikegami Masachika、Okuma Tomotake、Tao Kayoko、Arakawa Ayumu、Ogawa Chitose、Matsuda Koichi、Ichimura Koichi、Nakamura Harumi、Mori Taisuke、Yoshida Akihiko
  • 雑誌名: Modern Pathology 巻: 36 ページ: 100317～100317
  • DOI: 10.1016/j.modpat.2023.100317
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pulmonary inflammatory leiomyosarcoma represents a potential diagnostic pitfall of DNA methylation-based classification of sarcomas: a case report. (2023)
  • 著者名/発表者名: Shibayama T, Satomi K, Tanaka R, Yoshida A, Nagahama K, Hayashi A, Hibiya T, Suda K, Fujiwara M, Shibahara J.
  • 雑誌名: BMC Pulmonary Medicine 巻: 23 ページ: 324
  • DOI: 10.1186/s12890-023-02624-z.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Myxoid liposarcoma with nuclear pleomorphism: a clinicopathological and molecular study (2023)
  • 著者名/発表者名: Kojima Naoki、Kubo Takashi、Mori Taisuke、Satomi Kaishi、Matsushita Yuko、Iwata Shintaro、Yatabe Yasushi、Ichimura Koichi、Kawai Akira、Ichikawa Hitoshi、Yoshida Akihiko
  • 雑誌名: Virchows Archiv 巻: 484 ページ: 71～81
  • DOI: 10.1007/s00428-023-03631-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Distinct patterns of copy number alterations may predict poor outcome in central nervous system germ cell tumors. (2023)
  • 著者名/発表者名: Takami H, Satomi K, Fukuoka K, Nakamura T, Tanaka S, Mukasa A, Saito N, Suzuki T, Yanagisawa T, Sugiyama K, Kanamori M, Kumabe T, Tominaga T, Tamura K, Maehara T, Nonaka M, Asai A, Yokogami K, Takeshima H, Iuchi T, Kobayashi K, Yoshimoto K, Sakai K, Nakazato Y, Matsutani M, Nagane M, Nishikawa R, Ichimura K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 15760
  • DOI: 10.1038/s41598-023-42842-3.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inflammatory Rhabdomyoblastic Tumor: Clinicopathologic and Molecular Analysis of 13 Cases. (2023)
  • 著者名/発表者名: Odate T, Satomi K, Kubo T, Matsushita Y, Ueno T, Kurose A, Shomori K, Nakai T, Watanabe R, Segawa K, Ohshika S, Miyake N, Kudo S, Shimoi T, Kobayashi E, Komiyama M, Yoshimoto S, Nakatani F, Kawai A, Yatabe Y, Kohsaka S, Ichimura K, Ichikawa H, Yoshida A.
  • 雑誌名: Modern Pathology 巻: 37 ページ: 100359.
  • DOI: 10.1016/j.modpat.2023.100359.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic alterations that deregulate RB and PDGFRA signaling pathways drive tumor progression in IDH2-mutant astrocytoma. (2023)
  • 著者名/発表者名: Tateishi K, Miyake Y, Nakamura T, Iwashita H, Hayashi T, Oshima A, Honma H, Hayashi H, Sugino K, Kato M, Satomi K, Fujii S, Komori T, Yamamoto T, Cahill DP, Wakimoto H.
  • 雑誌名: Acta Neuropathologica Communications 巻: 11 ページ: 186
  • DOI: 10.1186/s40478-023-01683-x.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PartⅡ．がん病理診断の潮流?形態診断からゲノム・エピゲノム統合診断へ? (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見 介史、柴原 純二
  • 雑誌名: 杏林医学会雑誌 巻: 54 ページ: 227～234
  • DOI: 10.11434/kyorinmed.54.227
• [雑誌論文] TOPICS 病理学 新しい成人型浸潤性膠腫統合診断の実践 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見 介史、柴原 純二
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 287 ページ: 161～162
  • DOI: 10.32118/ayu28702161
• [雑誌論文] 脳腫瘍の病理学 びまん性正中膠腫,H3K27異状 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史
  • 雑誌名: 臨床脳腫瘍学 巻: 81 ページ: 44-48
• [雑誌論文] WHO2021におけるDNAメチローム解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史
  • 雑誌名: Clinical Neuroscience 巻: 41 ページ: 463-47
• [雑誌論文] 【病理診断クイックリファレンス 2023】星細胞腫,IDH変異 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史
  • 雑誌名: 病理と臨床 巻: 41 ページ: 322
• [雑誌論文] 【病理診断クイックリファレンス 2023】ジャーミノーマ (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史
  • 雑誌名: 病理と臨床 巻: 41 ページ: 325
• [雑誌論文] 【病理診断クイックリファレンス 2023】頭蓋咽頭腫 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史
  • 雑誌名: 病理と臨床 巻: 41 ページ: 326
• [雑誌論文] WHO2021分類 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見 介史, 柴原 純二
  • 雑誌名: Annual Review神経2023 巻: - ページ: 172-179
• [学会発表] DNAメチル化分類でCNS Embryonal tumor with PLAG-family amplificationと判定された小児脳腫瘍の一例 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史、下山田博明、山岸夢希、佐々木重嘉、齊藤邦昭、小林啓一、永根基雄、平戸純子、市村幸一、柴原純二
  • 学会等名: 日本脳腫瘍病理学会
• [学会発表] 脳腫瘍におけるゲノムワイドDNAメチル化解析の原理と応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史
  • 学会等名: 日本脳腫瘍学会
  • 招待講演
• [学会発表] IDH野生型膠芽腫の統合診断におけるDNAメチロームの非線形次元削減の役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史, 齊藤邦昭, 下山田博明, 鬼塚裕美, 柴山隆宏, 日比谷孝志, 林玲匡, 長濱清隆, 山岸夢希, 佐々木重嘉, 小林啓一, 五明美穂, 永根基雄, 柴原純二
  • 学会等名: 日本脳腫瘍学会
• [学会発表] 二階雪野、里見介史、長濱清隆、磯村杏耶、山岸夢希、佐々木重嘉、齊藤邦昭、小林啓一、永根基雄、柴原純二 (2023)
  • 著者名/発表者名: 脳出血を契機に発見され、デジタルPCRが統合診断に有用であった微小なIDH野生型膠芽腫の一例
  • 学会等名: 日本病理学会総会
• [学会発表] 中枢神経系腫瘍の次世代統合診断に向けた実践的導入 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史、市村幸一、柴原順二
  • 学会等名: 日本病理学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] DNAメチロームにより小児型びまん性高悪性度膠腫と診断された成人小脳膠腫の2例 (2023)
  • 著者名/発表者名: 二階雪野、里見介史、長濱清隆、山岸夢希、佐々木重嘉、齊藤邦昭、小林啓一、永根基雄、柴原純二
  • 学会等名: 日本病理学会総会
• [学会発表] SALL4陽性、SMARCA4発現欠失を認めた食道胃接合部腺癌の一例 (2023)
  • 著者名/発表者名: 上嶋菜摘、里見介史、柴山隆宏、木庭露葉、船越早織、鬼塚裕美、日比谷孝志、林玲匡、長濱清隆、柴原純二
  • 学会等名: 日本病理学会総会
• [学会発表] THBS1::ADGRF5融合遺伝子が同定された足趾軟部腫瘍の一例 (2023)
  • 著者名/発表者名: 新川萌々、里見介史、柴山隆宏、鬼塚裕美、日比谷孝志、林玲匡、長濱清隆、柴原純二
  • 学会等名: 日本病理学会総会
• [学会発表] ゲノムワイドDNAメチル化プロファイルによるFGFR3::TACC3融合遺伝子陽性膠芽腫の同定 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史、池村雅子、森田茂樹、内山明央、松陰昭一、鬼塚裕美、柴山隆宏、日比谷孝志、林玲匡、長濱清隆、山岸夢希、佐々木重嘉、齊藤邦昭、小林啓一、永根基雄、柴原純二
  • 学会等名: 日本病理学会総会
• [学会発表] 脳腫瘍におけるゲノムワイドDNAメチローム解析の病理診断への応用と新技術 (2023)
  • 著者名/発表者名: 里見介史、永根基雄、柴原純二
  • 学会等名: 杏林医学会
• [学会発表] Utility of genome-wide DNA methylation analysis in the integrated diagnosis of the central nervous system tumors (2023)
  • 著者名/発表者名: Kaishi Satomi
  • 学会等名: 2023 Annual Meeting of the Taiwan Society of Pathology and Taiwan Division of The International Academy of Pathology
  • 国際学会 / 招待講演