【研究領域課題番号】18H04026 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発癌 / 脱分化 / 細胞初期化 / 発がん / エピジェネティクス / がん / 細胞老化 / マウスモデル / エンハンサー / 肉腫 / iPS細胞 / リプログラミング / 遺伝子改変マウス / reprogramming / kras / mouse / epigenetics / pancreatic cancer / iPS / エピゲノム

【研究成果の概要】

がん細胞では、正常由来細胞の特徴を失い、しばしば個体発生過程の前駆細胞に類似した性質を示す。しかしながら、この「細胞脱分化」が発がんの「原因」の一つなのか、単に「結果」なのかについては、明らかにされていなかった。本研究では、リプログラミング技術とマウスの発生工学を駆使した先進的なマウスモデルを作製し、積極的に細胞脱分化を誘導した。発がんモデルと組み合わせることで、脱分化が実際に発がんの原因となることを実験的に示した。

【研究の社会的意義】

我が国の死因の約1/3はがんによる。なかでも膵癌は有効な治療法がなく最も予後が悪いがんである。本研究では、膵癌発生の新たなメカニズムを提唱した。また、がんの原因は遺伝子変異の蓄積であると考えられているが、本研究により、遺伝子配列の異常のみならず周囲環境の変化に応じたエピゲノム制御の変化が非常に重要であることを示した。さらに、細胞の脱分化に関わるエピゲノムを標的としたがん治療の可能性を提示した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)

【研究分野】薬学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19479 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

触媒 / エピゲノム / タンパク質翻訳後修飾 / ヒストンアシル化 / 遺伝子転写 / 翻訳後修飾 / 化学触媒 / アセチル化 / エピジェネティクス / アシル化 / ヒストン / 染色体 / 蛋白質 / 化学修飾 / がん

【研究成果の概要】

生命は生体分子と化学反応のネットワークから発現する。生体内の化学反応には酵素が介在し、酵素の機能異常、あるいはそれにより引き起こされる生体内化学反応の異常が、生体恒常性の損失や疾患に密接に関与している。本研究の目的は、遺伝子転写を正に制御する翻訳後修飾であるヒストンタンパク質のリジンアセチル化に焦点を当て、生体内での人工化学触媒反応によって酵素非依存的にヒストンアセチル化を導入することを目的とする。本研究では、化学触媒DSHが、生細胞内でヒストンを含む内在性タンパク質の特定の残基を選択してアセチル化を進行させることを見い出した。さらに、DSHよりも活性の高い化学触媒HXAの開発をおこなった。

【研究の社会的意義】

生命現象は有機分子と化学反応のネットワークから発現し、そのネットワーク異常が病態を引き起こす。生体内の化学反応は通常、酵素により促進されるが、酵素の機能を代替する化学触媒をつくることを目的として研究をおこなっている、本研究では、遺伝子転写を正に制御するヒストンタンパク質のリジンアシル化を促進する化学触媒を開発した。これにより、エピゲノムを化学的に制御することによる病態治療の端緒を拓いた。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】腫瘍学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19626 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

オートファジー / ゲノム変異 / エピゲノム異常 / 病理学 / がん / ゲノム / エピゲノム

【研究成果の概要】

RAS、BRAF、TP53の変異の有無が異なる4種の大腸がん細胞株（HT-29、SW480、HCT116、DLD-1）の飢餓応答時と非飢餓時の細胞株を作製し、マルチオミクス解析として、ヒストン修飾(H3K4me3、H3K9me2、H3K27me3)を指標とするChIP-seqを行い、クロマチン構造の変化を見出した。Fucci導入細胞株では、オートファジーが活性化すると、G1/S期の割合が増加した。

【研究の社会的意義】

がん細胞は、低酸素、低栄養という過酷ながん微小環境下において、選択的淘汰を受けつつ、環境に適合するクローンへと進化を遂げる。その過程で、不要ながん細胞を自食して栄養源とし、生存し得る為のゲノム変異、エピゲノム異常を合わせて獲得することを連動させている可能性がある。本研究は、オートファジーの活性化シグナルの解明のみならず、飢餓応答としてのオートファジーの真の生物学的意義を解明する研究になる。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2020-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】実験病理学

【研究領域課題番号】16K08720 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNAメチル化 / 発がん / 臓器共通性 / 胃がん / 臓器特異性 / がん / エピゲノム / 臓器横断的 / 胃 / DNA methylation / cancer / development / kidney / liver / lung / stomach / breast / 病理学 / 腫瘍 / エピジェネティクス

【研究成果の概要】

複数臓器がんで共通してDNAメチル化亢進を示す遺伝子は、エピジェネティックに制御され細胞分化に寄与する遺伝子であり、これらが共通して発がんにおけるエピゲノム異常の標的になっていると考えられた。エピジェネティック機構による細胞の分化状態の破綻が、複数臓器で共通する発がんのメカニズムである可能性が示唆された。
胃がんを他臓器がんから識別でき、原発不明がんの臓器診断に有用なDNAメチル化診断指標を同定した。同指標のDNAメチル化状態は非がん胃にも共通して観察されることから、胃の臓器特異的なDNAメチル化プロファイルががんでも保持されたものと考えた。

【研究の社会的意義】

これまで臓器毎に報告されてきたがんのDNAメチル化異常について、臓器横断的に解析することにより臓器共通性と臓器特異性を見出したことが本研究の独創性と重要性である。一般的にがんでは、細胞の分化に関わる遺伝子のDNAメチル化に異常があり、分化状態が不安定になることが細胞ががんになる際の特徴であると考えられた。DNAメチル化はヒトの発生過程で臓器・細胞特異的に形成されることに着目し、原発不明がんの原発臓器診断において有用な臓器特異的マーカーのない胃がんの臓器特異的DNAメチル化診断指標を同定した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】26440048 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肝細胞増殖因子 / 細胞増殖抑制 / HepG2細胞 / 癌 / エピゲノム / 遺伝子発現 / 不可逆的増殖停止 / 細胞老化 / 遺伝子マーカー / ヒストンメチル化 / ヘテロクロマチン / RNA-seq / 細胞分化 / がん / RT-PCR / 網羅的解析 / Xenograft

【研究成果の概要】

HGFによる癌抑制の研究において、研究代表者はHGFがある条件下で「不可逆的増殖抑制作用」を示すことを見つけた。一時的な細胞増殖停止が不可逆に至る機構を調べ、次項を明らかにした。
HGFで不可逆的増殖停止する肝癌細胞株HepG2において、(1)発現しているOct3/4, Sox2, Klf4（山中因子）は不可逆的停止に関与しない、(2)不可逆的増殖停止に細胞周期因子p57KIP2が係わり得る、(3)不可逆的増殖停止にヒストンH3K9me3の減少およびメチル化酵素G9aの上昇が必要、(4)HGFで細胞分化状態が変わる可能性、(5)網羅解析により可逆的－不可逆的停止間で異なる発現遺伝子群を見出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】26290049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胆道がん / 膵臓がん / がん幹細胞 / オルガノイド培養 / マイクロRNA / エピゲノム / 個別化治療 / 胆道・膵臓がん / 癌 / 幹細胞

【研究成果の概要】

がん幹細胞は現行の抗腫瘍薬に抵抗性を示し、がんの増殖・浸潤・転移の主な原因となっている。本研究の目的は難治がんの代表である胆道・膵臓がんに対し、がん幹細胞を標的とした革新的な治療法を開発することである。この目的を達成するために、幹細胞の新たな3次元培養法であるオルガノイド培養技術により、胆道・膵臓がん患者由来のがん組織を用いてオルガノイドを樹立した。樹立した胆道・膵臓がんオルガノイドを用いて遺伝子変異・遺伝子発現解析や薬剤感受性試験などを行うことで、既存の低分子化合物やmiR-34aをはじめとするがん抑制マイクロRNAが胆道・膵臓がんに対する安全かつ効果的な治療薬の候補となることが示された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)

【研究分野】実験病理学

【研究領域課題番号】25713016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エピドラッグ / 白血病 / ペプチドライブラリ / ヒストンメチル化 / トランスレーショナルリサーチ / 癌 / 遺伝子 / エピゲノム / スクリーニング

【研究成果の概要】

エピジェネティック異常は様々な疾患に関与することが明らかとなり、それに伴いエピジェネティック分子を標的とした創薬（エピドラッグ）開発が加速している。中でもヒストンメチル化酵素DOT1Lの阻害剤は、様々な血液腫瘍の治療に有用であることが示されている。本研究ではRaPID システムと呼ばれる環状ペプチドライブラリスクリーニングの系を用いて、新規のDOT1L阻害剤を探索した結果、従来の低分子化合物とは異なる環状ペプチドを同定し、培養細胞でその効果を確認した。エピドラッグ開発における中分子化合物の前例は少なく、今後更なる発展応用が期待される。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】19,630千円 (直接経費: 15,100千円、間接経費: 4,530千円)

【研究分野】ゲノム医科学

【研究領域課題番号】24221011 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / エピゲノム / クロマチン / クローン進化 / 微小環境 / 不均一性 / 可塑性 / ドライバー変異 / ノンコーディングRNA / 腫瘍内多様性 / がん / 発現制御 / 進化 / 幹細胞 / エクソーム

【研究成果の概要】

治療抵抗性腫瘍細胞のサバイバルおよびクローン進化、さらに腫瘍微小環境に対する適応について解明すべく、腫瘍細胞集団内のゲノム不均一性とエピゲノムの可塑性についてヒト腫瘍検体および腫瘍細胞の解析を行った。
グリオーマ再発に際してアルキル化剤治療によりミスマッチ修復異常を来したクローンは高頻度にC>T変異を生じ、悪性転化を引き起こす。また、腫瘍内微小環境において形成される低pH状態下では転写因子SREBP2が活性化され、酢酸代謝に関わるACSS2などの遺伝子発現誘導、腫瘍細胞増殖をもたらした。
エピゲノム変異は腫瘍の発生・進展の過程でクロマチンドメイン、遺伝子、制御領域など様々なレベルで生じる。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2012-05-31 - 2017-03-31

【配分額】217,750千円 (直接経費: 167,500千円、間接経費: 50,250千円)

【研究分野】実験病理学

【研究領域課題番号】24390096 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

iPS細胞 / エピジェネティクス / リプログラミング / がん / エピゲノム / 脱分化 / 細胞分化 / 分化 / 癌

【研究成果の概要】

生体内で細胞初期化を誘導可能な4つの転写因子、Oct3/4, Sox2, Klf4, Mycを強制発現可能なマウスを作製した。生体内で体細胞が初期化できるマウスに不完全な細胞初期を誘導すると、小児芽腫に類似した癌が発生することを見いだした。発生した腎臓腫瘍細胞をFACSにて回収後、再度初期化因子を誘導することで腫瘍細胞からiPS細胞が樹立可能であった。腎臓腫瘍細胞由来iPS細胞で作製したキメラマウスでは、非腫瘍性の腎臓に寄与していることが確認された。iPS細胞の樹立、再分化には遺伝子配列の変化は必要としないことから、エピゲノム制御の変化が本発がん過程に重要な役割を果たしていることが示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】18,720千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 4,320千円)

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】23240129 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胃癌 / 大腸癌 / 肝癌 / エピゲノム / ＤＮＡメチル化 / バイオマーカー / がん / マイクロＲＮＡ / 癌 / ゲノム / トランスレーショナルリサーチ / マイクロアレイ / 臨床 / マクロアレイ

【研究成果の概要】

大腸癌細胞のエピゲノムおよびトランスクリプトームを解析することで、エピジェネティックに不活化されたマイクロRNA遺伝子を同定した。大腸前癌病変および早期癌のエピゲノム・ゲノム解析を行うことで、早期発見マーカー候補となりうるDNAメチル化異常を同定した。さらに大腸癌前癌病変における内視鏡所見、病理所見、DNAメチル化異常の間の新たな相関を明らかにした。また胃癌背景胃粘膜におけるエピゲノム解析から、胃癌リスクマーカー候補となるDNAメチル化異常を同定した。原発性肝癌におけるエピゲノム異常解析から、新たな癌特異的DNAメチル化異常を複数同定した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】49,400千円 (直接経費: 38,000千円、間接経費: 11,400千円)

【研究分野】消化器外科学

【研究領域課題番号】22390255 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

小腸大腸肛門外科学 / 癌 / エピゲノム / エピジェネティクス / マイクロアレイ / 次世代シーケンサー / 情報工学

【研究成果の概要】

胃癌は網羅的DNAメチル化解析により3群のエピジェノタイプに分類され、EBウィルス感染実験によりEBウィルス感染そのものが超高メチル化群の原因であることを証明した。大腸癌前癌病変を解析し、癌で認めたDNAメチル化エピジェノタイプは腺腫の段階ですでに完成しており、1%を占める鋸歯状腺腫がBRAF変異と強く相関する高メチル化群の前癌病変であり、99%を占める非鋸歯状腺腫がKRAS変異と強く相関する中メチル化群、および低メチル化群の2群の前癌病変であった。大腸異常陰窩は癌遺伝子変異はあったがメチル化異常の蓄積は非常に低レベルであった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)

【研究分野】応用ゲノム科学

【研究領域課題番号】20221009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / エピゲノム / がん / 転写制御 / クロマチン / DNAメチル化 / 肝細胞癌 / 膵臓がん / 胃癌 / 機能ゲノミクス / クロマチン免疫沈降 / エビゲノム

【研究成果の概要】

網羅的なゲノム・エピゲノム解析技術を確立するともに、癌細胞における転写制御の異常に関する統合的解析を行った。増殖、分化に関わる転写因子の標的分子の同定に加えて、ヒストン修飾、DNAメチル化、クロマチンアクセスなどエピゲノム修飾が分化や細胞老化プロセス,ウイルス感染においてダイナミックに変動することが明らかとなった。一方、肝細胞癌、膵癌をはじめとするがん細胞ゲノムに生じた体細胞変異を同定した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2008 - 2012

【配分額】209,820千円 (直接経費: 161,400千円、間接経費: 48,420千円)

【研究分野】消化器外科学

【研究領域課題番号】19390345 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

胃十二指腸外科学 / 癌 / エピゲノム / エピジェネティクス / マイクロアレイ / 情報工学

【研究成果の概要】

タイリングアレイを用いたDNAメチル化網羅的解析および質量分析機MassARRAYを用いたメチル化定量解析により、大腸癌では3つの異なるエピジェノタイプを同定し、肝癌ではC型肝炎ウィルス陽性肝癌に特異的にメチル化される遺伝子を同定した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)