腫瘍内不均一性のオミックスデータモデリングとゲノム編集に基く食道癌治療法の最適化

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26293304
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 井本 逸勢(橘逸勢) 徳島大学, ヘルスバイオサイエンス研究部, 教授 (30258610)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 丹黒 章 徳島大学, ヘルスバイオサイエンス研究部, 教授 (10197593) ; 高山 哲治 徳島大学, ヘルスバイオサイエンス研究部, 教授 (10284994)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ゲノム / オミックス / 分子プロファイリング / ゲノム編集 / 食道癌 / シミュレーション

Outline of Annual Research Achievements

食道扁平上皮癌（ESCC)において、オミックス解析と分子プロファイリングにより腫瘍内の不均一性を検出し、シミュレーションや実験モデルによる検証を加えることで、治療抵抗性・再発・転移を克服して治療法の最適化に取り組むための研究を推進し、以下の成果を得た。
1. ESCC臨床例からの検体、臨床情報収集：期間内に予定している症例数150例や血漿Cell free DNA(cfDNA)に関しては収集が一年目で達成できる一方で、転移巣を含めた多点からのサンプリングを行える検体は限られた。
2. ESCC臨床例の統合オミックス情報取得: 腫瘍検体を用いたエクソーム解析による変異・ゲノムコピー数変化の検出、RNA-seqによる遺伝子発現、マイクロアレイによるDNAメチル化データを取得して各異常の検出感度と特異性を評価し最適化を図った。このデータをもとに、cfDNAなどでの変異検出標的とその定量あるいは高感度の検出系の構築を行った。胃癌など他の消化器癌でも並行して検討し、時間的空間的不均一性クローンを反映すると考えられるcfDNAでの増幅遺伝子検出による治療効果予測が可能なことを示した。
3. ゲノム編集による不均一性モデルの作製: 基礎的な検討として、Crisprによる細胞株でのノックアウト・ノックインの高効率化のためのプロトコールの改変、増幅遺伝子に対するCrisprの効果の確認、ならびに細胞群の表現型変化の検出系の構築を行った。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1. ESCC臨床例からの検体、臨床情報収集: 3年の期間内に予定している症例数150例や血漿cell free DNA(cfDNA)に関して収集が1年目で達成できており、予定を大きく上回って、今後経過を見ながら必要な検体に集中してサンプリングに入れる状況になった。
2. ESCC臨床例の統合オミックス情報取得: 解析技術とそのコストの変化から、オミックス解析は、次世代シーケンサーベースのものが増えたが、データ取得そのものは変更なく行えている。また、腫瘍内の不均一性が顕著に認められる胃癌における増幅遺伝子のcfDNAを用いた検出など、並行して不均一性検出モデルを設定することで、解析系の最適化がスムーズに進んだ。
3. ゲノム編集による不均一性モデルの作製: コピー数が増えた遺伝子に対するCrisprによるノックアウト効果を系統的に確認することで高効率化を検討した結果、次年度以降の細胞株を用いた不均一性とその表現型解析に有用なプロトコール構築が行えた。

Strategy for Future Research Activity

オミックス解析技術の変化と得られている結果をもとに、より効率的に研究を進める。
1. ESCC臨床例からの検体、臨床情報収集: 転移巣を含めた多点からのサンプリングを行える検体は限られていることから、これが可能な症例の収集や血漿の経時的サンプリングを今後重点的に行う。
2. ESCC臨床例の統合オミックス情報取得: オミックス情報解析を進め、シミュレーションモデルの作成と最適化をデータを追加しながら行っていく。当初の予定に加えて、公的データなど利用可能なデータを参照することで、情報量を増加させる。
3. ゲノム編集による不均一性モデルの作製: Crisprでノックアウトやノックインしても、個々の細胞レベル(クローンレベル)ででき方は様々で、特に複数の遺伝子変異の導入やノックアウトの場合、ゲノム編集後のクローン選択が問題となる。これを逆に不均一性のモデルとして用いることで、集団の表現型と推定される不均一性の構成を解析する方法を構築する。

Causes of Carryover

多点からのサンプリング可能検体が限られていたため、オミックス解析に供した分析数が予定を下回っているため、検体の解析を翌年以降に繰り越した。また、解析数は変更がないもののコスト面から外注による解析に計画を変更した解析は、納期の関係から27年に行うよう時期をずらした。
さらに、解析に必要な試薬の性能向上や技術変更により、コストの大幅な抑制を図ることができた。情報解析に必要な情報量が増加しているために、その分27年度以降に追加解析を行う必要が生じる予定であり、これを繰り越した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

外注によるゲノム解析の実施ならびに解析検体数増加分のオミックス解析実施に用いる。

Research Products

• [Journal Article] HER2 amplification detected in the circulating DNA of patients with gastric cancer: a retrospective pilot study. (2015)
  • Author(s): Shoda K, Masuda K, Ichikawa D, Arita T, Miyagami Y, Watanabe M, Konishi H, Imoto I, Otsuji E.
  • Journal Title: Gastric Cancer Volume: 18 Pages: 698-710
  • DOI: 10.1007/s10120-014-0432-5
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A FRMD7 variant in a Japanese family causes congenital nystagmus. (2015)
  • Author(s): Kohmoto T, Okamoto N, Satomura S, Naruto T, Komori T, Hashimoto T, Imoto I.
  • Journal Title: Hum Genome Variation Volume: 2 Pages: -
  • DOI: 10.1038/hgv.2015.2
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Overexpression of SMYD2 contributes to malignant outcome in gastric cancer. (2015)
  • Author(s): Komatsu S, Ichikawa D, Hirajima S, Nagata H, Nishimura Y, Kawaguchi T, Miyamae M, Okajima W, Ohashi T, Konishi H, Shiozaki A, Fujiwara H, Okamoto K, Tsuda H, Imoto I, Inazawa J, Otsuji E.
  • Journal Title: Br J Cancer Volume: 112 Pages: 357-364
  • DOI: 10.1038/bjc.2014.543
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Integrated genomic and functional analyses reveal glyoxalase I as a novel metabolic oncogene in human gastric cancer. (2015)
  • Author(s): Hosoda F, Arai Y, Okada N, Shimizu H, Miyamoto M, Kitagawa N, Katai H, Taniguchi H, Yanagihara K, Imoto I, Inazawa J, Ohki M, Shibata T.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 34 Pages: 196-206
  • DOI: 10.1038/onc.2014.57
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] B-RAF mutation and accumulated gene methylation in aberrant crypt foci (ACF), sessile serrated adenoma/polyp (SSA/P) and cancer in SSA/P. (2015)
  • Author(s): Inoue A, Okamoto K, Fujino Y, Nakagawa T, Muguruma N, Sannomiya K, Mitsui Y, Takaoka T, Kitamura S, Miyamoto H, Okahisa T, Fujimori T, Imoto I, Takayama T
  • Journal Title: Br J Cancer Volume: 112 Pages: 403-412
  • DOI: 10.1038/bjc.2014.545
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel PTCH1 mutation in a patient with Gorlin syndrome. (2014)
  • Author(s): Okamoto N, Naruto T, Kohmoto T, Komori T, Imoto I
  • Journal Title: Hum Genome Variation Volume: 1 Pages: -
  • DOI: 10.1038/hgv.2014.22
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hypomethylation of long interspersed nuclear element-1 (LINE-1) is associated with poor prognosis via activation of c-MET in hepatocellular carcinoma. (2014)
  • Author(s): Zhu C, Utsunomiya T, Ikemoto T, Yamada S, Morine Y, Imura S, Arakawa Y, Takasu C, Ishikawa D, Imoto I, Shimada M.
  • Journal Title: Ann Surg Oncol Volume: 21 Pages: 729-735
  • DOI: 10.1245/s10434-014-3874-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HuR regulates alternative splicing of the TRA2β gene in human colon cancer cells under oxidative stress. (2014)
  • Author(s): Akaike Y, Masuda K, Kuwano Y, Nishida K, Kajita K, Kurokawa K, SatakeY, Shoda K, Imoto I, Rokutan K.
  • Journal Title: Mol Biol Cell Volume: 34 Pages: 2857-2873
  • DOI: 10.1128/MCB.00333-14
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific molecular signatures of non-tumor liver tissues may predict a risk for development of hepatocellular carcinoma. (2014)
  • Author(s): Utsunomiya T, Shimada M, Tajima A, Imoto I.
  • Journal Title: Cancer Sci Volume: 105 Pages: 749-754
  • DOI: 10.1111/cas.12431
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The expression and clinical significance of connective tissue growth factor in advanced head and neck squamous cell cancer. (2014)
  • Author(s): Kikuchi R, Kikuchi Y, Tsuda H, Maekawa H, Kozaki KI, Imoto I, Tamai S, Shiotani A, Iwaya K, Sakamoto M, Sekiya T, Matsubara O.
  • Journal Title: Human Cell Volume: 27 Pages: 121-128
  • DOI: 10.1007/s13577-014-0092-0
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Overexpression of SMYD2 contributes to malignant outcome in gastric cancer. (2014)
  • Author(s): Hirajima S, Komatsu S, Ichikawa D, Nagata H, Nishimura Y, Konishi H, Shiozaki A, Okamoto K, Tsuda H, Imoto I, Inazawa J, Otsuji E.
  • Organizer: 第７３回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-27
• [Presentation] A novel RNA binding protein, SSP1, induced cell growth in squamous cell carcinoma through posttranscriptional regulation. (2014)
  • Author(s): Masuda K, Shoda K, Hamada J, Imoto I.
  • Organizer: 第７３回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-25
• [Presentation] HER2 amplification detected in the circulating DNA of patients with gastric cancer: a retrospective pilot study. (2014)
  • Author(s): Shoda K, Masuda K, Ichikawa D, Arita T, Konishi H, Imoto I, Otsuji E.
  • Organizer: 第７３回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • Year and Date: 2014-09-25
• [Presentation] Identification of a novel tumor-suppressor gene through methylome analysis in smoking-associated lung adenocarcinoma. (2014)
  • Author(s): Imoto I.
  • Organizer: American Association for Cancer Reseach (AACR) Annual Meeting 2014
  • Place of Presentation: 米国・San Diego
  • Year and Date: 2014-04-06
• [Remarks] 教室ホームページ
  • URL: http://www.tokushima-u.ac.jp/med/culture/jinruiiden/