組織と病期分類を規定する腫瘍エピゲノムへの介入によるシステム理解

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: がんシステムの新次元俯瞰と攻略
• 研究課題/領域番号: 16H01579
• 研究機関: 千葉県がんセンター(研究所)
• 研究代表者: 永瀬 浩喜 千葉県がんセンター(研究所), がん遺伝創薬研究室, 研究所長 (90322073)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: エピゲノム / エピゲノム変更 / ヒストン脱アセチル化酵素阻害 / ピロールイミダゾールポリアミド / ヒストンアセチル化酵素活性化剤 / 数理解析 / がん分化誘導 / 機械学習

研究実績の概要

本課題で使用する化合物合成に利用するペプチド自動合成機PSSM8の不調によりピロールイミダゾールポリアミド（PIP）化合物合成に支障をきたし、平成28年度の計画が遅れたが、ビオチン化PIP-CTBの合成系を確立でき、化合物の結合するゲノム領域を直接同定するChemSeq法を新たに開発（PlosOne2016）し、化合物の作用機序を予測する解析が可能となった。具体的には、がん細胞株における形態変更、分化誘導をビオチン化化合物でも試み、ストレプトアビジンビーズによるビオチン化化合物と共沈するDNAフラグメントを回収しシークエンス解析すること、および化合物投与による遺伝子の発現変化を網羅的アレイ解析により同定を進めることでネットワーク解析を試みることが出来、がん細胞の病態病期を変更する機序と薬剤の標的となるゲノム領域、エピジェネティックに調節される責任遺伝子の解明を試みる検索技術の開発に目途を着けた。機能性化合物による上記の解析を繰り返すことで、標的ゲノムによりどのようなエピゲノムの変化が生じ、がん細胞形態が変化するかを詳細に検討し、データ蓄積が可能となり、化合物によるエピゲノム変化誘導の性質とがん細胞変化の相関を数理的に解析できると考えられ、解析法を検討し研究を進める。
さらにPIP化合物は、直接実験動物へ投与が可能な低分子化合物であり、薬剤送達技術を必要とせず、培養細胞、マウス生体内で検討可能であるが、腫瘍への集積・貯留効果についても研究を進め、一定の成果を収めた。ヒストンアセチル化修飾酵素阻害剤（HDACi）およびヒストンリシンメチル化阻害剤のPIPとの複合化合物の合成スキームもほぼ確立されたため、今後、がんエピゲノムの変更に関して数理計算を基に予測するための基礎実験を積み重ね、最終的に生体で標的エピゲノムの変更を予測できる化合物合成技術確立を目指す。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

所有するペプチド合成機の不調により、ピロールイミダゾールポリアミド（PIP）化合物合成に支障をきたした。このため合成された化合物に不純物が混入する事例、合成そのものが失敗する事例が増え、合成の繰り返しや精製に時間がかかり、予定した化合物の合成をすべて行うことが出来なかった。PSSM8は、現在順調に合成できるよう回復したが、島津製作所が同機の販売、生産、部品供給を停止したため、今後また修理等に難渋すると考えられる。このため29年度、代替えとなるペプチド合成機の予算申請を行い、千葉県予算で購入できる運びであり、今後の合成は計画通り進められると考えている。

今後の研究の推進方策

PIPの合成がPSSM8と7月購入予定の新規合成機で進めることが出来、平成28年度のPIP化合物の合成の遅れを取り戻すことが出来ると期待している。化合物との複合体の合成を進め、特定のゲノム領域での化合物によるエピゲノムの変更および細胞の表現型の変更を試みる。腫瘍細胞分化や細胞死を誘導できた化合物に対してはビオチン化を試み、本研究室で開発したChemSeq法により、直接化合物の結合するゲノム領域を同定し、さらに発現解析、エピゲノム解析を行うことで化合物の効果を検討する。またHDACiとの複合体に加え、28年度に開発されたKDM4（リシン脱メチル化酵素）の新規阻害剤について共同研究を開始しており、ヒストンテイルのリシン残基のメチル化によるエピゲノム変化の影響も検討を予定している。今後これらの化合物を様々なゲノム領域に送達させ、エピゲノムへの影響と誘導されたエピゲノム変化ががん細胞にどのような影響を与えるのかを検討し、がんエピゲノム構造がそのように作用するのかを機械学習による解析によりエピゲノム作用機序の解明とがん発症機序、がん治療への応用へと研究を進めていくことを検討していきたい。

研究成果

• [国際共同研究] UCSF(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: UCSF
• [国際共同研究] Roswell Park Cancer Institute(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Roswell Park Cancer Institute
• [雑誌論文] Targeting Oct1 genomic function inhibits androgen receptor signaling and castration-resistant prostate cancer growth (2016)
  • 著者名/発表者名: Obinata D, Takayama K, Fujiwara K, Suzuki T, Tsutsumi S, Fukuda N, Nagase H, Fujimura T, Urano T, Homma Y, Aburatani H, Takahashi S and Inoue S.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: ３５ ページ: 6350-6358
  • DOI: doi:10.1038/onc.2016.171
  • 査読あり
• [雑誌論文] Double beta-alanine substitutions incorporated in 12-ring pyrrole-Imidazole Polyamides for lengthened DNA minor groove recognition. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe T, Shinohara K, Shinozaki Y, Uekusa S, Wang X, Koshikawa N, Hiraoka K, Inoue T, Lin J, Bando T, Sugiyama H and Nagase H.
  • 雑誌名: Advanced Techniques in Biology & Medicine. 巻: 4 ページ: 175
  • DOI: doi:10.4172/2379-1764.1000175.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identification of Binding Targets of a Pyrrole-Imidazole Polyamide KR12 in the LS180 Colorectal Cancer Genome. (2016)
  • 著者名/発表者名: Lin J, Hiraoka K, Watanabe T, Kuo T, Shinozaki Y, Takatori A, Koshikawa N, Chandran A, Otsuki J, Sugiyama H, Horton P and Nagase H.
  • 雑誌名: PlosOne 巻: 11 ページ: e0165581
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0165581
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Inhibition of DNA methylation at the MLH1 promoter region using pyrrole-imidazole polyamide. (2016)
  • 著者名/発表者名: Shinohara K, Yoda N, Takane K, Watanabe T, Fukuyo M, Fujiwara K, Kita K, Nagase H, Nemoto T, Kaneda A.
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 1 ページ: 1164-1172
  • DOI: DOI: 10.1021/acsomega.6b00229
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Pyrrole-imidazole polyamide conjugates targeting the cancer genome (2017)
  • 著者名/発表者名: 永瀬浩喜
  • 学会等名: 日本大学学部連携研究推進シンポジウム新規バイオ医療ピロール・イミダゾール（ＰＩ）ポリアミドの創薬開発
  • 発表場所: 千代田区
  • 年月日: 2017-02-24 – 2017-02-24
  • 招待講演
• [学会発表] Target epigenetic regulation using Pyrrole-imidazole polyamide conjugates (2017)
  • 著者名/発表者名: 永瀬浩喜
  • 学会等名: RIKEN Epigenetics in TsukubaRecent Advances in Epigenetic Engineering
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2017-02-17 – 2017-02-17
  • 招待講演
• [学会発表] ＤＮＡ結合小分子PIポリアミドによる選択的DNAメチル化阻害 (2016)
  • 著者名/発表者名: 依田夏美、篠原憲一、根本哲宏、渡部隆義、永瀬浩喜、喜多和子、金田篤志
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-01
• [学会発表] エイドサイトーシスを介したDNA副溝結合性ピロール・イミダゾールポリアミドの腫瘍細胞の取り込み (2016)
  • 著者名/発表者名: 下里修、松下雅司、内海京寛、中村瑞代、小形武広、桑梅潔、井上貴博、渡部隆義、永瀬浩喜、尾崎俊文
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [学会発表] がんゲノムへの薬剤送達 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永瀬浩喜、高取敦志、渡部隆義、平岡桐子、井上貴博、越川信子、篠崎喜脩、リン ジェーソン、養田裕行、松尾仁以奈、服部あすか
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [学会発表] EWS-FLT1融合遺伝子を標的としたPIポリアミドDNAアルキル化剤によるEwing肉腫の治療戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高取敦志、岩田慎太郎、平岡桐子、クリシュナムーティ サクティシリ、養田裕行、渡部隆義、篠崎喜脩、田中美和、中村卓郎、永瀬浩喜
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [学会発表] Targeted epigenetic activation of genes by LSD1 inhibitor NCD38 conjugated to Pyrrole Imidazole Polyamide (2016)
  • 著者名/発表者名: Alagarswamy Kokiladevi,Shinohara Ken-ichi,Okabe Atsushi,Fukuyo Masaki,Yoda Natsumi,Nagase Hiroki,Suzuki Takayoshi,Nemoto Tetsuhiro,Kaneda Atsushi
  • 学会等名: 第75回日本癌学会学術総会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [学会発表] Pyrrole-Imidazole polyamide conjugates targeting the cancer genome (2016)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nagase, Atsushi Takatori Takayoshi Watanabe, Nobuko Koshikawa, Kiriko Hiraoka, Takahiro Inoue, Hiroyuki Yoda, Jason Lin, Yoshinao Shinozaki Krishnamurthy Sakthisri, Nina Matsuo, Asuka Hattori
  • 学会等名: 第89回 日本生化学会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] 分子標識薬抗がん化合物PIポリアミドの腫瘍集積 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松尾仁衣奈、井上貴博、平岡桐子、養田裕行、渡部隆義、高取敦志、篠崎喜脩、越川信子、永瀬浩喜
  • 学会等名: 第25回日本癌病態治療研究会
  • 発表場所: 千葉
  • 年月日: 2016-05-31 – 2016-06-01
• [学会発表] ピロールイミダゾールポリアミドを用いたゲノム・エピゲノム制御への取り組み (2016)
  • 著者名/発表者名: Lin Jason、養田裕行、平岡桐子、井上貴博、Krishnamurthy Sakthisri、渡部隆義、高取敦志、越川信子、杉山弘、宮野悟、永瀬浩喜
  • 学会等名: 第10回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 発表場所: 大阪府豊中市
  • 年月日: 2016-05-19 – 2016-05-20
• [図書] がんのエピジェネティクス研究の進歩 (2016)
  • 著者名/発表者名: 永瀬浩喜
  • 総ページ数: ６
  • 出版者: 臨床免疫・アレルギー科
• [備考] 千葉県がんセンター研究所
  • URL: http://www.pref.chiba.lg.jp/gan/kenkyujo/
• [備考] Chiba Cancer Center Research Institute
  • URL: https://www.facebook.com/CCCRI.chiba.gan.kenkyujo