統合的ゲノム解析によるがん細胞集団進化の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24221011
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 油谷 浩幸 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (10202657)
• 研究期間 (年度): 2012-05-31 – 2017-03-31
• キーワード: がん / ゲノム

研究概要

本研究はがん細胞集団ゲノムに蓄積する状況を時系列で解析することにより、「癌細胞集団の進化（evolution）」にかかわるゲノム・エピゲノム変異を同定することを目的とする。第一に、癌細胞集団のゲノム不均一性の解析については、同一症例の同時及び経時的なマルチプルサンプリングを行い、変異解析を実施した。悪性膠芽腫の手術摘出腫瘍組織の4箇所からゲノムDNAを抽出し、それぞれの全エクソン解析を実施したところ、体細胞変異は平均24(18～34)検出されたが、全ての検体に共通する変異は僅かに７つであり、同一個体の一塊の腫瘍内で既に不均一性が相当に生じている様子が明らかとなった。
さらに低悪性度の神経膠腫（グリオーマ）が診療経過中に悪性に転化し再発する過程に生じる遺伝子変異とその様式の変化を調べるべく、初発時と悪性転化時の腫瘍検体の全エクソーム解析を行ったところ、再発時の腫瘍は、IDH1などのいくつかの重要な遺伝子変異を除くと、腫瘍形成の初期の細胞から早い段階で枝分かれして進化した、初発時とは随分と異なる遺伝子変異のセットを有する腫瘍であることが判明した。また、治療の過程でアルキル化剤使用症例の半数程度で、シトシン／グアニンがチミン／アデニンに置換する変異が、きわめて高頻度に生じることが観察され、DNAミスマッチ修復遺伝子の変異を伴うことが確認された。
再発のモニタリングを行う上で血中遊離DNAに含まれるがん細胞由来DNAに存在する変異の解析に着手した。
第二にがん細胞のクロマチン動態の解析については、特定遺伝子の変異の有無によってクロマチンへのアクセスしやすさをFAIRE解析によって検討した。癌幹細胞をはじめとした腫瘍内の質的な不均一性を明らかにすべく、単一細胞のトランスクリプトーム解析法の確立をすすめた。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

グリオーマの腫瘍内不均一性の解析および悪性転化時に生じる遺伝子変異にアルキル化剤使用が影響していることを明らかにできたことは、予定された以上の達成度である。臨床材料を用いた研究は十分な症例数を集める上で複数施設から検体を収集することが必要になるが、本研究では米国カリフォルニア大学と国際連携したことによって、独立した研究機関で同様な事象を見いだしたことで結果の信頼性を高められた。
多数の腫瘍検体のゲノム解析については大規模プロジェクトが既に進行中であるが、個々の症例を経時的に丹念に解析することによって新たな発見が期待出来ることを示した。

今後の研究の推進方策

今回脳腫瘍についてがん細胞集団の進化を明らかにできたことは、脳腫瘍は再発することが多く、その際に摘出手術を行うため、共同研究者らにより経時的にサンプリングされた貴重な検体コレクションが存在したことが大きい。今後別の癌種，例えば卵巣がんについても前向きに経時的な検体収集に務めるとともに、FFPE検体の積極的な利用を進める。一方、早期病変のゲノム・エピゲノム解析も進める予定である。
がん細胞ゲノムに蓄積する変異の不均一性は予想以上に多彩であり、がん患者の治療を行う際に大きなハードルとなる。すなわち、単一箇所の生検検体の解析結果は必ずしもがん組織全体に起きているイベントを反映しない。侵襲性が低く頻繁にモニタリング可能な検体として血中遊離DNAの解析が期待される。遊離DNAの性状についてさらに詳細な検討を進める。
癌幹細胞の解析においては本年度着手したトランスクリプトーム解析に加えて1細胞でのエピゲノム解析が求められ、26年度以降取り組む予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Concurrent Activation of Acetylation and Tri-Methylation of H3K27 in a Subset of Hepatocellular Carcinoma with Aggressive Behavior (2014)
  • 著者名/発表者名: Hayashi A, Yamauchi N, Shibahara J, Kimura H, Morikawa T, Ishikawa S, Nagae G, Nishi A, Sakamoto Y, Kokudo N, Aburatani H, Fukayama M.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 ページ: e91330
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0091330
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methylation epigenotypes and genetic features in colorectal laterally spreading tumors (2014)
  • 著者名/発表者名: Sakai E, Ohata K, Chiba H, Matsuhashi N, Doi N, Fukushima J, Endo H, Takahashi H, Tsuji S, Yagi K, Matsusaka K, Aburatani H, Nakajima A, Kaneda A.
  • 雑誌名: Int J Cancer 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1002/ijc.28814
  • 査読あり
• [雑誌論文] Multilayer-omics analysis of renal cell carcinoma, including the whole exome, methylome and transcriptome (2014)
  • 著者名/発表者名: Arai E, Sakamoto H, Ichikawa H, Totsuka H, Chiku S, Gotoh M, Mori T, Nakatani T, Ohnami S, Nakagawa T, Fujimoto H, Wang L, Aburatani H, Yoshida T, Kanai Y.
  • 雑誌名: Int J Cancer 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1002/ijc.28768
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mutational Analysis Reveals the Origin and Therapy-Driven Evolution of Recurrent Glioma. (2014)
  • 著者名/発表者名: Johnson BE, Mazor T, Hong C, Barnes M, Aihara K, McLean CY, Fouse SD, Yamamoto S, Ueda H, Tatsuno K, Asthana S, Jalbert LE, Nelson SJ, Bollen AW, Gustafson WC, Charron E, Weiss WA, Smirnov IV, Song JS, Olshen AB, Cha S, Zhao Y, Moore RA, Mungall AJ, Jones SJ, Hirst M, Marra MA, Saito N, Aburatani H, Mukasa A, et al.
  • 雑誌名: Science 巻: 343 ページ: 189-93
  • DOI: 10.1126/science.1239947
  • 査読あり
• [雑誌論文] H3F3A K27M mutations in thalamic gliomas from young adult patients. (2014)
  • 著者名/発表者名: Aihara K, Mukasa A, Gotoh K, Saito K, Nagae G, Tsuji S, Tatuno K, Yamamoto S, Takayanagi S, Narita Y, Shibui S, Aburatani H, Saito N.
  • 雑誌名: Neuro Oncol. 巻: 16 ページ: 140-6
  • DOI: 10.1093/neuonc/not144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Landscape of Genetic Lesions in 944 Patients with Myelodysplastic Syndromes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Haferlach T, Nagata Y, Grossmann V, Okuno Y, Bacher U, Nagae G, Schnittger S, Sanada M, Kon A, Alpermann T, Yoshida K, Roller A, Nadarajah N, Shiraishi Y, Shiozawa Y, Chiba K, Tanaka H, Koeffler HP, Klein HU, Dugas M, Aburatani H, Kohlmann A, Miyano S, Haferlach C, Kern W, Ogawa S.
  • 雑誌名: Leukemia 巻: 28 ページ: 241-7
  • DOI: 10.1038/leu.2013.336
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exploration of liver cancer genomes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, Aburatani H.
  • 雑誌名: Nat Rev Gastroenterol Hepatol. 巻: in press ページ: -
  • DOI: 10.1038/nrgastro.2014.6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Aberrantly methylated genes in human papillary thyroid cancer and their association with BRAF/RAS mutation (2013)
  • 著者名/発表者名: Kikuchi Y, Tsuji E, Yagi K, Matsusaka K, Tsuji S, Kurebayashi J, Ogawa T, Aburatani H, Kaneda A.
  • 雑誌名: Front Genet. 巻: 4 ページ: 271
  • DOI: 10.3389/fgene.2013.00271
  • 査読あり
• [雑誌論文] Myelodysplastic syndromes are induced by histone methylation-altering ASXL1 mutations. (2013)
  • 著者名/発表者名: Inoue D, Kitaura J, Togami K, Nishimura K, Enomoto Y, Uchida T, Kagiyama Y, Kawabata KC, Nakahara F, Izawa K, Oki T, Maehara A, Isobe M, Tsuchiya A, Harada Y, Harada H, Ochiya T, Aburatani H, Kimura H, Thol F, Heuser M, Levine RL, Abdel-Wahab O, Kitamura T.
  • 雑誌名: J Clin Invest. 巻: 123 ページ: 4627-40
  • DOI: 10.1172/JCI70739
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recurrent mutations in multiple components of the cohesin complex in myeloid neoplasms. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kon A, Shih LY, Minamino M, Sanada M, Shiraishi Y, Nagata Y, Yoshida K, Okuno Y, Bando M, Nakato R, Ishikawa S, Sato-Otsubo A, Nagae G, Nishimoto A, Haferlach C, (16名省略）, Miyawaki S, Chiba S, Mori H, Nakauchi H, Koeffler HP, Aburatani H, Haferlach T, Shirahige K, Miyano S, Ogawa S.
  • 雑誌名: Nat Genet. 巻: 45 ページ: 1232-7
  • DOI: 10.1038/ng.2731
  • 査読あり
• [雑誌論文] Integrated molecular analysis of clear-cell renal cell carcinoma. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Yoshizato T, Shiraishi Y, Maekawa S, Okuno Y, Kamura T, Shimamura T, Sato-Otsubo A, Nagae G, Suzuki H, Nagata Y, Yoshida K, Kon A, Suzuki Y, Chiba K, Tanaka H, Niida A, Fujimoto A, Tsunoda T, Morikawa T, Maeda D, Kume H, Sugano S, Fukayama M, Aburatani H, Sanada M, Miyano S, Homma Y, Ogawa S.
  • 雑誌名: Nat Genet. 巻: 45 ページ: 860-7
  • DOI: 10.1038/ng.2699
  • 査読あり
• [雑誌論文] Concurrent loss of Ezh2 and Tet2 cooperates in the pathogenesis of myelodysplastic disorders. (2013)
  • 著者名/発表者名: Muto T, Sashida G, Oshima M, Wendt GR, Mochizuki-Kashio M, Nagata Y, Sanada M, Miyagi S, Saraya A, Kamio A, Nagae G, Nakaseko C, Yokote K, Shimoda K, Koseki H, Suzuki Y, Sugano S, Aburatani H, Ogawa S, Iwama A.
  • 雑誌名: J Exp Med 巻: 210 ページ: 2627-39
  • DOI: 10.1084/jem.20131144
  • 査読あり
• [雑誌論文] PRC2 overexpression and PRC2-target gene repression relating to poorer prognosis in small cell lung cancer. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sato T, Kaneda A, Tsuji S, Isagawa T, Yamamoto S, Fujita T, Yamanaka R, Tanaka Y, Nukiwa T, Marquez VE, Ishikawa Y, Ichinose M, Aburatani H.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 3 ページ: 1911
  • DOI: 10.1038/srep01911
  • 査読あり
• [雑誌論文] Primary tumours modulate innate immune signalling to create pre-metastatic vascular hyperpermeability foci. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiratsuka S, Ishibashi S, Tomita T, Watanabe A, Akashi-Takamura S, Murakami M, Kijima H, Miyake K, Aburatani H, Maru Y.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 4 ページ: 1853
  • DOI: 10.1038/ncomms2856
  • 査読あり
• [雑誌論文] Androgen-responsive long noncoding RNA CTBP1-AS promotes prostate cancer. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takayama KI, Horie-Inoue K, Katayama S, Suzuki T, Tsutsumi S, Ikeda K, Urano T, Fujimura T, Takagi K, Takahashi S, Homma Y, Ouchi Y, Aburatani H, Hayashizaki Y, Inoue S.
  • 雑誌名: EMBO J. 巻: 32 ページ: 1665-80
  • DOI: 10.1038/emboj.2013.99
  • 査読あり
• [学会発表] Integrated genomic analysis of hepatocellular carcinoma (2013)
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: International Scientific Coordination Network (ISCN)
  • 発表場所: Toulouse, France
  • 年月日: 20131120-20131123
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム科学とがん研究
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第53回日本呼吸器学会
  • 発表場所: 東京
  • 招待講演
• [学会発表] がんゲノム解析と分子標的治療
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第17回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • 発表場所: 京都
  • 招待講演
• [学会発表] 大規模がんゲノム解析がもたらすインパクト
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 金沢大学十全医学会総会・学術集会
  • 発表場所: 金沢
  • 招待講演
• [学会発表] がんゲノム情報から癌を理解する
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第４回富山ライフサイエンスシンポジウム
  • 発表場所: 富山
  • 招待講演
• [学会発表] Tumor profiling in clinical practice
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第11回日本臨床腫瘍学会学術集会
  • 発表場所: 仙台
  • 招待講演
• [学会発表] DNA demethylation and Cancer
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第72回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: Yokohama
  • 招待講演
• [学会発表] がんゲノム解析の現状と医療応用へ向けての課題
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 第13回東北がん分子標的治療研究会
  • 発表場所: 仙台
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノムデータから読み解く環境応答メカニズム
  • 著者名/発表者名: 油谷浩幸
  • 学会等名: 分子予防環境医学研究会
  • 発表場所: 和歌山
  • 招待講演
• [備考] 東京大学先端科学技術研究センター ゲノムサイエンス分野
  • URL: http://www.genome.rcast.u-tokyo.ac.jp/