悪性神経膠腫のゲノム・エピゲノム変化による腫瘍進化機構の解明と新規標的療法の開発

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26293321
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 武笠 晃丈 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (90463869)
• 研究分担者: 田中 將太 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (80643725)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 悪性神経膠腫 / ゲノム / エピゲノム / 腫瘍内多様性 / 治療抵抗性

研究実績の概要

神経膠腫の治療または自然経過による腫瘍進化の基盤となっている分子遺伝学的変化を同定するため、悪性転化前後のペア検体を中心として、網羅的ゲノム解析（エクソームシークエンス）、ゲノムワイドメチル化解析（Illumina Infinium beadchip）、RNA-seq解析などによる比較オミクス解析を、これまで同様に継続的に施行し、順次それらのデータ解析を施行した。
オリゴデンドログリオーマにおける比較オミクス解析においては、アストロサイトーマ同様に、初発時・再発時に共通した遺伝子変異やゲノム異常は少数で、IDH遺伝子変異、染色体1p19q欠損、TERTプロモーター変異程度しか、高頻度に共通してみられるものはなく、多くの再発腫瘍は、独自に新たな遺伝子変異を有しており、branched evolution の様式をとっていることが明らかとなった。アストロサイトーマにおいては、遺伝子変異の数が、治療後の再発時に急激に増加した hypermutator phenotype が生じることを、以前の研究結果より見いだしていたが、オリゴデンドログリオーマにおいては、放射線や化学療法の治療後の再発であっても hypermutator になっている症例は認めなかった。網羅的なメチル化解析の結果においても、初発時と再発時のパターンは非常に似ており、オリゴデンドログリオーマは、アストロサイトーマと比較して、急激な増殖へと至るような遺伝子やゲノムの変化を来しづらいことがわかった。同一腫瘍（オリゴデンドログリオーマ）の複数箇所からの比較オミクス解析において、時間的な変化と同様、空間的に著明な遺伝子変化を来すことが明らかとなった。オリゴデンドログリオーマの再発時に共通して認める異常は、FUBP1遺伝子変異や、9p21の欠損など少数であったが、これらは治療標的の候補として、今後の検討が期待された。

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

当初計画にある、比較マルチオミクス解析などを、新たな臨床検体を追加しつつ予定通り進めることで、神経膠腫の再発時に生じる分子プロファイルの変化を明らかにしつつある。低悪性度神経膠腫である、アストロサイトーマやオリゴデンドログリオーマのいずれにおいても、腫瘍内での多様性は著しく、また再発時には、初発腫瘍とかなり異なる遺伝子変異のセットを有するbranched evolution のパターンを呈することが明らかになった。アストロサイトーマの再発時には、RB経路やPI3K-AKT経路が活性化しており、また著明な遺伝子変異数を有するhypermutator phenotypeとなっている頻度が、テモゾロミド治療後に高いのに対し、オリゴデンドログリオーマにおいては、放射線や化学療法後の再発においても、このような変化を呈することはなく、再発後の進行も比較的緩徐であった。グリオブラストーマの場合も同様であるが、IDH変異を認めない症例においては、やはりhypermutator phenotype になっている症例は再発時において認めなかった。
このように、アストロサイトーマやオリゴデンドログリオーマ、グリオブラストーマなど、病理型の異なる神経膠腫の再発進展の分子変化がそれぞれ明らかになることで、病理型ごとの腫瘍進展の自然歴や、治療に対する反応性、再発時の分子プロファイル変化の特徴が異なることなどが解明されつつある。
このような観点から、本研究の達成度はおおむね順調といえる。

今後の研究の推進方策

今後、上記のようにして明らかにされた病理型ごとの特徴を踏まえた上で、適切な放射線や抗がん剤の選択をどうするかといった様な治療戦略の構築など、臨床応用へ展開するための基礎的知見をさらに蓄積したい。特に、化学療法後に生じるhypermutator phenotype については、悪性転化に関与していることからも臨床上重要であると考えられるため、抗がん剤の種類や病理組織型と、その出現頻度との関連につき解析を進めたい。
また、これまでの研究において同定した悪性化関連分子の機能を解析し、これらに対する治療薬の導出を目的としている。特に低悪性度神経膠腫における悪性化機構の機能解析をするために必要であるin vitro, in vivo のモデル細胞の開発については依然として難渋しているが、遺伝子導入に日進月歩であるCRISPR/CAS9システムや iPS細胞作成の最新技術などを導入するなど工夫を加えることで、解決していきたい。そして、このモデル細胞、脳腫瘍幹細胞、脳腫瘍細胞株を用いて、同定した分子の機能解析から、治療薬同定、臨床応用へと繋げることが目標である。
さらに、最近の研究により、グリオーマが著明な時間的・空間的な腫瘍内多様性を有することに加えて、その発生部位により腫瘍化に関わる遺伝子異常のセットが異なり、これにより治療反応性も異なることが明らかになりつつある。そこで我々は、発生部位による腫瘍多様性ということにも着目し、小脳・脊髄に発生する神経膠腫の分子プロファイルの特徴についても明らかにし、発生部位ごとの治療戦略構築につなげていきたいと考えている。

次年度使用額が生じた理由

悪性転化により発現が変化する遺伝子変異を引き起こす分子の in vivo, in vitro での検証を行うための細胞、動物モデルの作成に依然として難渋しており、これによる検証実験が遅れているため。

次年度使用額の使用計画

これまでの予定通り、悪性転化前後の神経膠腫のペア（または3検体以上のセット）の継続的な解析を、新たなオミクス解析手法を取り入れつつ施行するとともに、そのデータを検証するための細胞・動物モデルを確立し、これらによる検証実験を行うために使用する。

研究成果

• [雑誌論文] Genetic and epigenetic stability of oligodendrogliomas at recurrence. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aihara K, Mukasa A, Nagae G, Nomura M, Yamamoto S, Ueda H, Tatsuno K, Shibahara J, Takahashi M, Momose T, Tanaka S, Takayanagi S, Yanagisawa S, Nejo T, Takahashi S, Omata M, Otani R, Saito K, Narita Y, Nagane M, Nishikawa R, Ueki K, Aburatani H, Saito N.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol Commun. 巻: 5 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40478-017-0422-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An automated voxel-based method for calculating the reference value for a brain tumour metabolic index using 18F-FDG PET and 11C-Methionine PET. (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi, Soma T, Mukasa A, Koyama, Arai T, Momose T.
  • 雑誌名: Ann Nucl Med 巻: 31 ページ: 250-259
  • DOI: 10.1007/s12149-017-1153-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A prospective multicenter single-arm clinical trial of bevacizumab for patients with surgically untreatable symptomatic brain radiation necrosis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Furuse M, Nonoguchi N, Kuroiwa T, Miyamoto S, Arakawa Y, Shinoda J, Miwa K, Iuchi T, Tsuboi K, Houkin K, Terasaka S, Tabei Y, Nakamura H, Nagane M, Sugiyama K, Terasaki M, Abe T, Narita Y, Saito N, Mukasa A, Ogasawara K, Beppu T, Kumabe T, Nariai T, Tsuyuguchi N, Nakatani E, Kurisu S, Nakagawa Y, Miyatake SI.
  • 雑誌名: Neurooncol Pract. 巻: 3 ページ: 272-280
  • DOI: 10.1093/nop/npv064
  • 査読あり
• [雑誌論文] A combination of TERT promoter mutation and MGMT methylation status predicts clinically relevant subgroups of newly diagnosed glioblastomas. (2016)
  • 著者名/発表者名: Arita H, Yamasaki K, Matsushita Y, Nakamura T, Shimokawa A, Takami H, Tanaka S, Mukasa A, Shirahata M, Shimizu S, Suzuki K, Saito K, Kobayashi K, Higuchi F, Uzuka T, Otani R, Tamura K, Sumita K, Ohno M, Miyakita Y, Kagawa N, Hashimoto N, Hatae R, Yoshimoto K, Shinojima N, Nakamura H, Kanemura Y, Okita Y, et al.
  • 雑誌名: Acta Neuropathol Commun. 巻: 4 ページ: -
  • DOI: 10.1186/s40478-016-0351-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diagnostic value of glutamate with 2-hydroxyglutarate in magnetic resonance spectroscopy for IDH1 mutant glioma. (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagashima H, Tanaka K, Sasayama T, Irino Y, Sato N, Takeuchi Y, Kyotani K, Mukasa A, Mizukawa K, Sakata J, Yamamoto Y, Hosoda K, Itoh T, Sasaki R, Kohmura E
  • 雑誌名: Neuro Oncol 巻: 18 ページ: 1559-1568
  • DOI: org/10.1093/neuonc/now090
  • 査読あり
• [学会発表] 遺伝子プロファイル解析から考える神経膠腫の診断と治療戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武笠晃丈
  • 学会等名: Temozolomide Forum in HIROSHIMA 2016
  • 発表場所: リーガロイヤルホテル広島（広島県・広島市）
  • 年月日: 2016-12-13
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular pathological analysis on IDH-wildtype adult low-grade gliomas (2016)
  • 著者名/発表者名: Akitake Mukasa, Koki Aihara, Genta Nagae, Junji Shibahara, Shota Tanaka, Shunsaku Takayanagi, Masashi Nomura, Motoo Nagane, Yoshitaka Narita, Keisuke Ueki, Ryo Nishikawa, Hiroyuki Aburatani, Nobuhito Saito
  • 学会等名: 21th Annual Meeting of the Society of Neuro-Oncology
  • 発表場所: Farimont Scottsdate Princess Hotel (Scottsdale, Arizona, USA)
  • 年月日: 2016-11-19
  • 国際学会
• [学会発表] Influence of anticancer therapy on clonal evolution and intratumoral heterogeneity of gliomas (2016)
  • 著者名/発表者名: Akitake Mukasa
  • 学会等名: 75rd Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-10-08
  • 招待講演
• [学会発表] 再発神経膠腫の分子遺伝学的変化に基づく治療戦略の構築 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武笠晃丈、相原功輝、齊藤邦昭、永江玄太、野村昌志、根城 尭英、高柳俊作、田中將太、柳澤 俊介、高橋 慧、西川亮、永根基雄、成田善孝、植木敬介、油谷浩幸、斉藤延人
  • 学会等名: 第75回日本脳神経外科学会
  • 発表場所: 福岡国際会議（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2016-09-30
• [学会発表] グリオーマのゲノム多様性とクローン進化に及ぼす抗がん治療の影響 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武笠晃丈
  • 学会等名: 第21回脳腫瘍の外科学会
  • 発表場所: 虎ノ門ヒルズフォーラム（東京都・港区）
  • 年月日: 2016-09-09
  • 招待講演
• [学会発表] マルチオミクス解析からみたグリオーマの多様性とその治療における意義 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武笠晃丈
  • 学会等名: 先端脳腫瘍治療シンポジウム 2016
  • 発表場所: MSD株式会社 仙台事務所（宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2016-06-01
  • 招待講演
• [学会発表] A multidisciplinary approach to the treatment of brain tumor. (2016)
  • 著者名/発表者名: 武笠晃丈, 斉藤延人
  • 学会等名: 第57回日本神経学会学術大会
  • 発表場所: 神戸コンベンションセンター（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2016-05-18
  • 招待講演
• [学会発表] Genome-wide methylation analysis identifies genomic DNA demethylation during malignant progression of gliomas (2016)
  • 著者名/発表者名: Akitake Mukasa, Kuniaki Saito, Koki Aihara, Genta Nagae, Shota Tanaka, Yoshitaka Narit, Keisuke Ueki, Ryo Nishikawa, Motoo Nagane, Hiroyuki Aburatani, Nobuhito Saito.
  • 学会等名: 21st International Conference on Brain Tumor Research and Therapy
  • 発表場所: 万国津梁館（沖縄県・名護市）
  • 年月日: 2016-04-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] 上衣系腫瘍, グリオーマ治療のDecision Making 脳神経外科診療プラクティス (2016)
  • 著者名/発表者名: 武笠晃丈
  • 総ページ数: 4
  • 出版者: 文光堂
• [図書] 脳腫瘍の部位別発症頻度と問題点, 脳腫瘍学 日本臨床 2016年9月増刊号 (2016)
  • 著者名/発表者名: 武笠晃丈、田中將太、斉藤延人
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 日本臨床社