【研究領域課題番号】21K15566 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

空間トランスクリプトーム解析 / ロングリード技術 / がん / 空間オミクス解析 / ゲノム / トランスクリプトーム

【研究成果の概要】

本研究は、空間トランスクリプトーム解析技術とロングリード技術を駆使して、がん組織空間上に不均一に生じているゲノム変異およびトランスクリプトーム異常を解析し、組織局所におけるがんの進展を分子レベルで明らかにする手法を開発・実践するものである。本年度は、肺腺がん凍結手術検体より取得した空間トランスクリプトームの全長cDNA増幅産物を用いて、ロングリード解析を実施した。位置バーコードを含む全長cDNAについてナノポア型長鎖シークエンサーPromethIONによりシークエンス解析を行い、位置バーコードが抽出できたロングリードから点変異を検出することで、空間トランスクリプトームデータ上の各スポットにおける変異ステータスを解析した。全トランスクリプトームをシークエンスすると、ハウスキーピング遺伝子等の高発現遺伝子が多く解読されてしまい、標的としていたドライバー変異やがん関連遺伝子の変異が検出できなかった。そのため、ターゲットキャプチャー法により、がん関連遺伝子の全長cDNAのみを濃縮し、シークエンス解析を行った。その結果、解析したすべての症例において、少なくとも1つ以上の複数のスポットについて、位置バーコードとcDNA上のドライバー変異を紐づけることができた。一方で、得られたシークエンスリードには、位置バーコードを持たないものや標的変異のある領域まで届いていないものが数多く含まれていた。逆転写および全長cDNAのPCR増幅の実験条件については、さらなる検討が必要であると考えている。また、得られたロングリードから位置バーコードと変異を検出する情報解析手法についても、開発が必要であり、いくつかの既存ツールを組み合わせてパイプラインの構築を始めている。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2021-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究領域課題番号】20H00449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線

【研究成果の概要】

真核生物では、ゲノムDNAはクロマチンを形成することで細胞核内に収納されている。クロマチンは、DNAを損傷から保護する役割を担っていると考えられているが、一方で、DNA損傷修復に対して阻害的にも働く。細胞には、ゲノムDNA二重鎖切断損傷を正確に修復するための機構が備わっている。増殖時の細胞では、複製された染色体を鋳型にした相同組換え修復（HRR）によって二重鎖切断修復を行うことが可能となる。他方、非分裂細胞では、鋳型となるべき複製された染色体が存在しないため、転写と共役した二重鎖切断修復（TC-HR）が提案されている。本研究では、TC-HRで機能すると考えられるRAD52やRAD51を中心に、これらがCSBなどのクロマチンリモデリング因子と協同的に、クロマチン上でDNA損傷修復を行うしくみを解明することを目指す。本目的を達成するために、以下の計画１－３の研究を行なった。＜計画１＞ CSBが二重鎖切断損傷と遭遇したRNAポリメラーゼを認識するしくみの解明：損傷依存的にヌクレオソーム中で停止したRNAポリメラーゼとヌクレオソームとの複合体の調製に成功した。並行して、昨年度に精製系を確立したCSBのPichia属の酵母ホモログであるRAD26を用いて、RAD26とヌクレオソームとの複合体の形成を生化学的に検討した。＜計画２＞ クロマチン構造の基本単位であるヌクレオソームの構造を変換するしくみ： CSBによるクロマチンリモデリングの分子機構を明らかにするために、RAD26とヌクレオソームとの複合体のクライオ電子顕微鏡による解析を開始し、データの取得に成功した。＜計画３＞ RNAに依存したDNA修復反応におけるRAD52の役割：本年度は、全長のRAD52の立体構造解析をクライオ電子顕微鏡による単粒子解析によって行い、RAD52が多様な多量体を形成することを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)

【研究領域課題番号】20H00545 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

癌 / 遺伝子 / ゲノム / 遺伝学 / 病理学 / 肺がん / 治療標的

【研究成果の概要】

上皮内肺がん17例、微小浸潤腺がん2例について、全ゲノム/RNAシークエンスデータおよび長鎖シークエンスデータを取得し、進行がんと比較することで、総合的に早期肺発がん機構のメカニズムの推定を行った。既知のがん遺伝子変異としては、EGFR、KRAS、MET、BRAF、HER2遺伝子の変異、RET遺伝子融合は、早期肺がん形成に働くドライバー変化であることが明らかにされた。一方、TP53やSMARCA2/4がん抑制遺伝子の変異は、上皮内がん、微小浸潤腺がんでは認められず、進行がんのみに存在したことから、TP53遺伝子失活は浸潤能等悪性度獲得に機能することが明らかにされた。進行肺がんの一部では、Hyper-mutator症例が見られるが、早期肺がんでは見られず、大規模構造変化については、上皮内がんと比べて進行肺がんで増加することが明らかとなった。
一方、肺がんでみられるものを含めたRET遺伝子の各種点変異について、NIH3T3細胞やBa/F3細胞を用いたTransforming assayを行った。この際、甲状腺がんでの既知ホットスポット変異M918Tを陽性コントロールとして評価したところ、当該変異よりもその力は弱いもののNIH3T3細胞やBa/F3細胞を形質転換させる変異が多数存在し、それらは細胞外ドメインにも及ぶことが明らかになった。細胞外ドメイン変異は、恒常的な二量体化、ERK分子の活性化をもたらし、NIH3T3やBa/F3の形質転換細胞の増殖能はRETキナーゼ阻害薬セルパカチニブ、プラルセチニブの投与により抑えられた。以上のことより、RET遺伝子の点変異は、肺がんなど、複数のがん種の発がんに寄与し、治療標的分子となることが示された。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円)

【研究領域課題番号】18H03327 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / 統計科学 / がん / トランスクリプトーム / スプライシング / 大規模データ解析 / ゲノム変異 / がんゲノム / クラウド / 機械学習 / 後天的変異

【研究成果の概要】

申請者が開発を続けていたSAVNetについての研究成果をまとめ、さらに国際がんゲノムコンソーシアムが主導するがん種横断的な全ゲノム解析プロジェクトに参画し、研究グループへの貢献を行なった。またSAVNetを希少疾患のデータに適用することで、いくつかの新規遺伝子変異の発見に成功した。公共データベースに登録されている大規模トランスクリプトームデータを活用するべく、トランスクリプトームデータのみからスプライシング関連変異を推定する方法論の開発を進めた。また、コンテナ仮想化技術、クラウド計算技術などの技術を統合的に組み合わせることで、大規模トランスクリプトームの情報解析基盤の開発を進めた。

【研究の社会的意義】

ゲノムシークエンス技術の革新により、様々な疾患の新規原因遺伝子変異が同定され、さらに、個人のゲノムのシークエンスを行い、診断、治療に役立てる「ゲノム医療」の試みが進んでいる。一方で、特に、非エキソン領域における変異の機能的意義付けが困難であり、未だにゲノムデータが有するポテンシャルを人類は十分に活かしきれていない。本研究の目的は、ゲノム変異における最も重要なクラスの一つである、スプライシングの異常を引き起こす変異に着目し、当該変異を同定するための方法論の開発を進め、大規模データ解析を通じたデータベース化を行い、ゲノム医療に役立つ基盤技術・リソースの開発を行うものである。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】17H01408 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線 / 構造活性相関

【研究成果の概要】

本研究の目的は、ゲノムDNAの維持と再編に必須である相同組換えの中心反応 “相同鎖検索”が、クロマチン構造上でどのようになされるのかを明らかにすることである。クロマチン再構成技術、in vitro組換え試験系、そしてX線およびクライオ電子顕微鏡による構造生物学的解析を融合することで、クロマチン上における相同鎖検索のメカニズムの解析を行なった。その結果、減数分裂期組換えで働く因子であるSYCP3の生化学的特性、クロマチンが高度に凝縮しているヘテロクロマチンの基盤構造、相同鎖検索で重要なRAD52とDNAとの複合体構造などを明らかにした。

【研究の社会的意義】

DNAの二重鎖切断損傷は、ゲノム情報に重篤なダメージを与える。それゆえ、その正確な修復は生物の生存に必須の機構であり、相同組換えはその中心的な役割を果たす。相同組換えは、原核生物から真核生物に至るまで生物界に保存されている重要な生命維持機構である。また減数分裂期において、雌雄由来のゲノムDNA情報を交換する遺伝的組換えにおいても機能し、生物の多様性を生む機構をも担っている。二重鎖切断損傷修復の破綻が、がんなどの重篤な疾病の原因になっていることも報告されており、そのメカニズムの理解は、学術的および社会的に大きな意義を持つ。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)

【研究分野】ゲノム医科学

【研究領域課題番号】17H04992 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

がん / 治療標的 / ゲノム / がん-間質細胞間相互作用 / シングルセルトランスクリプトーム / がん間質相互作用 / 癌

【研究成果の概要】

腫瘍組織のシングルセルトランスクリプトームシークエンスのデータから、癌細胞や線維芽細胞、免疫細胞、血管内皮細胞といった各種細胞との間における細胞間相互作用全体（インタラクトーム）を解析・可視化する手法を開発した。この方法を用いてびまん型胃がんモデルマウスおよび利用可能なヒトの正常胃粘膜と胃癌組織のシングルセルシーケンスデータのインタラクトーム解析を行った。その結果、線維芽細胞を始めとして様々な細胞からのシグナルががんの進展に寄与している可能性が示唆された。また、これらの中には抗癌剤の効果減弱に関係するとの報告がある分子も含まれていた。

【研究の社会的意義】

がん細胞は通常それ単独では生存できず、周囲のさまざまな細胞と相互作用することによって生存に有利な状況を作り出している。近年組織における遺伝子発現量を一細胞レベルで定量化する技術が開発された。本研究ではこのデータを用いてがん細胞と周囲の非がん細胞との間の相互作用を定量化・可視化する技術を開発した。本手法をマウスのがん組織やヒトの正常組織、がん組織に適用したところ、正常組織からがん組織に至る過程で重要な相互作用を明らかにした。また、その中には抗がん剤の効果を弱める可能性のある分子も含まれていた。本研究成果をさらに進めることでがんの本体解明や抗癌剤耐性獲得の機序解明などにつながることが期待される。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】23,010千円 (直接経費: 17,700千円、間接経費: 5,310千円)

【研究分野】病理病態学、感染・免疫学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19565 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ショートORF(sORF) / 短鎖ペプチド / ノンコーディングRNA(ncRNA) / ヒトゲノム / 疾患マーカー / ゲノム / 遺伝子 / 癌

【研究成果の概要】

ヒトゲノムには数多くの長鎖ノンコーディングRNA(lncRNA)遺伝子が同定されているが、その多くの機能は分かっていない。一方、lncRNAだと考えられていた遺伝子が短いペプチドをコードしている例が報告されている。ここでは、分子生物学と生化学を使った実験的アプローチと情報生物学に基づく計算的アプローチを連携させて、lncRNAとして同定されていたヒトのRNAの中から、短いペプチドをコードしているRNAを体系的に発見した。さらに、それらのペプチドのヒト細胞における生理機能を明らかにした。

【研究の社会的意義】

ヒトlncRNAの多くの機能は分かっていないが、それらの幾つかは、特定の疾患組織で過剰に発現することから、疾患マーカーとして利用されている。しかし、それらは、疾患マーカーとしての血中での安定性の低さが指摘されている。一方、lncRNAだと考えられていた遺伝子が短いペプチドをコードしている例が報告されている。ペプチドマーカーは、RNAマーカーに比べて血中での安定性が高く、また、臨床現場への導入も容易であることから、その開発が渇望されている。ここでの研究成果は、ヒトゲノムから網羅的にペプチド疾患マーカーを発見することに寄与すると期待される。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【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】整形外科学

【研究領域課題番号】17K10992 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子解析 / 融合遺伝子 / 発現解析 / 明細胞肉腫 / 悪性軟部腫瘍 / 全エクソーム解析 / RNA-seq / ゲノム / 癌 / 軟部肉腫

【研究成果の概要】

希少がんの一種である明細胞肉腫における治療標的となりうる遺伝子異常を同定するため、国内の肉腫専門施設より腫瘍検体を収集し、次世代シークエンサーによる全エクソーム解析を行った。
明細胞肉腫における特異的融合遺伝子が同定された症例においては、遺伝子変異数が多い群で予後不良であること、また一部の症例に共通の遺伝子変異が存在することが明らかとなった。さらにはこの融合遺伝子によりその下流にあるMiTF及びc-METの発現量は増大しており、これにより腫瘍細胞の増殖が促進することが予想された。

【研究の社会的意義】

その希少性ゆえに新規薬剤の開発が進まない希少がんにおいて、貴重な組織検体を施設の垣根を超えて持ち寄り解析を行うことは大変重要である。我が国の誇る遺伝子解析技術を利用した遺伝子解析により、難治性疾患である明細胞肉腫の治療標的が同定されることで、有効な薬剤がない本疾患への新たな治療戦略が構築されることが期待できる。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】整形外科学

【研究領域課題番号】17K10985 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

発がん / 遺伝子 / ゲノム / トランスレーショナル・リサーチ / 融合遺伝子 / SWI/SNF複合体 / 肉腫 / 滑膜肉腫 / 希少がん / AYA世代 / SWI/SNF / BAF / クロマチンリモデリング複合体 / SS18-SSX / 遺伝子発現制御 / 悪性軟部腫瘍 / 癌 / トランスレーショナルリサーチ

【研究成果の概要】

滑膜肉腫は、思春期から若年成人に好発する代表的な悪性軟部腫瘍（肉腫）である。原因と考えられる融合遺伝子SS18-SSXのがん化に関わる機能は未解明な点が多い。本研究では、SS18がクロマチン制御SWI/SNF複合体のサブユニットであることに注目し、SS18-SSXを有する変異SWI/SNF複合体の機能異常が滑膜肉腫のがん化に関与するという仮説のもと、滑膜肉腫細胞株のSS18-SSXをノックダウンし、変異SWI/SNF複合体の分子生物学的機能を解析した。結果、SS18-SSXを含む変異SWI/SNF複合体による滑膜肉腫に特徴的な遺伝子発現制御の異常を明らかにした。

【研究の社会的意義】

滑膜肉腫は思春期から若年成人に発生する代表的な悪性軟部腫瘍である。進行例に対する有効な治療法がないため、疾患特異的融合遺伝子SS18-SSXによる発がん機構を標的とした新規治療の開発に期待が高まっており、SS18-SSXの機能解析をおこなった本研究の成果はそれに向けた新規知見を提供した。さらに、本研究の成果は、SWI/SNF複合体の異常によって生じる様々な疾患における病態解明のモデルを提供した、という点で、非常に重要である。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【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】腫瘍学およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19592 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

癌 / ゲノム / 遺伝学

【研究成果の概要】

10X Genomics社やOxford Nanopore Technologies社のロングリードシーケンスを用いて、ATLを含む悪性腫瘍における複数変異の解析を行った。さらに、フェージング解析を行うためのCisCheckerというプログラムを作成し、同じ遺伝子に複数変異を認める場合に、それらがcisまたはtransに存在するか判定できる方法を確立した。これらの方法を用いて、ATLを含むいくつかの悪性腫瘍のがん遺伝子を検証したところ、多くがはcisに存在していることをを明らかにした。さらに、これらの機能解析を行い、がん遺伝子の複数変異により細胞増殖や下流シグナルが亢進することを明らかとした。

【研究の社会的意義】

上記の結果から、複数変異は様々ながん遺伝子に認められる比較的頻度が高い遺伝学的イベントであり、それらがcisに起こることで、がん遺伝子の機能増強に繋がる可能性が示唆された。この結果は、個別のがん遺伝子の機能の解明に繋がるだけでなく、「同一遺伝子における複数の活性型変異の獲得」の意義を示している。さらに、本研究で用いたロングリードシーケンス技術は、フェージング以外に、これまでのショートリードシーケンスでは困難であった「大きな欠失・挿入部位の解析」や「転座・融合部位の解析」を可能とする。そのため、今後のがんゲノム解析に必須の技術であり、その最新技術の応用方法の一つを示すことが出来た点に意義がある。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【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】泌尿器科学

【研究領域課題番号】16H06265 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

腎癌 / ゲノム解析 / 癌 / ゲノム

【研究成果の概要】

東京大学医学部附属病院泌尿器科で診断・治療された腎癌の症例から、手術検体と末梢血を採取した。検体からDNAを抽出し次世代シークエンサーによるシークエンスを行うことで、血漿遊離DNA中における癌細胞由来の遺伝子変異の同定を試みた。
血漿から抽出したcell free DNAを用いてVHL遺伝子のシークエンスを行ったところ、一部の症例において腫瘍DNAと同一のVHL遺伝子変異を検出することができた。これらの症例で手術後の血漿からもcell free DNAを抽出して同様の解析を行ったところ、術前に検出されたVHL遺伝子の変異は消失していた。

【研究の社会的意義】

腎癌は中高年に好発する癌であり、手術や薬物による治療が行われる。進行するまで症状を呈しないことが多く、診断や再発・転移の検出には課題もある。本研究では、血液中から取り出したDNAから、腎癌で生じている遺伝子変異が検出しうることが明らかになった。これにより、腎癌の診断や再発・転移の予測が行いやすくなることが期待される。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円)

【研究分野】整形外科学

【研究領域課題番号】16H02676 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肉腫 / ゲノム解析 / がんゲノム / 骨軟部腫瘍 / 融合遺伝子 / 癌 / ゲノム / 整形外科 / 骨軟部肉腫

【研究成果の概要】

本課題では、骨軟部腫瘍の多様性の分子メカニズムの解明と新規治療方法の開発を目的として、骨軟部腫瘍のゲノム解析・機能解析を進めた。国内28医療機関、14研究機関からなる骨軟部腫瘍ゲノムコンソーシアムのネットワークを通じて、腫瘍、正常検体の収集と対象20疾患(脱分化型脂肪肉腫、腱滑膜巨細胞腫、類上皮肉腫、類骨骨腫、骨芽細胞腫など)について400例を超えるゲノム解析を実施した。その結果、疾患特異的な融合遺伝子として、CTDSP1/2-DNM3OS fusion（脱分化型脂肪肉腫）などを同定した。また腱滑膜巨細胞腫における高頻度のCBL変異やDesmoid腫瘍の有用な予後マーカーを同定した。

【研究の社会的意義】

本研究課題では28医療機関、14研究機関からなるオールジャパンの共同研究体制を通じて、希少がんである骨軟部腫瘍に対する試料・臨床情報収集、ゲノム解析の実施体制が構築された。20の組織型を対象に400例を超える検体を用いた大規模ゲノム解析の成果として、新規の疾患融合遺伝子が腱滑膜巨細胞腫や脱分化型脂肪肉腫で同定された。さらにデスモイド腫瘍や粘液型脂肪肉腫においては複数の予後マーカーが同定され、また骨肉腫に対する治療候補分子も同定された。これらの一連の成果は、希少がんである骨軟部腫瘍の発症メカニズムの解明だけでなく、診断・予後マーカーや新規治療法の開発などの臨床応用につながると期待される。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2021-03-31

【配分額】46,410千円 (直接経費: 35,700千円、間接経費: 10,710千円)

【研究分野】腫瘍診断学

【研究領域課題番号】16H06766 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

深層学習 / デジタル病理画像 / 遺伝子変異 / 癌 / 機械学習 / 病理学 / ゲノム

【研究成果の概要】

本研究では、Deep Learning（深層学習）を腫瘍のデジタル病理画像に適用することで、治療の選択に影響を与える遺伝子変異の有無を病理画像から推定し、遺伝子変異と相関する組織学的特徴を病理医が解釈可能な形で提示することを目指す。
本年度は、Deep Learningの教師データを効率よく得るために、腫瘍を含む領域・含まない領域を手動で選択するためのGUIシステム（PathologyMap）を開発した。本システムは地図画像の表示用に開発され、病理医を含む多くのユーザに日常的に利用されているGoogle MapのAPIをベースに実装を行った。そのため、操作方法を学ぶための時間および開発期間が大幅に短縮され、短時間で多くの教師データを生成することが可能となった。本システムを用いて、申請者の研究室に所属する病理医が、実際のデジタル病理画像約３８０症例から腫瘍を含む領域・含まない領域を選択し、教師データを作成した。
また、デジタル病理画像では画像サイズが一般画像と比較して極めて大きいため、入力画像の解像度を調整する必要がある。しかし、高倍率画像では複数の細胞からなる構造レベルの情報が失われ、低倍率画像では細胞レベルの情報が失われるという問題があった。そのため、低倍率から高倍率まで３種類の拡大倍率の画像を同時に学習する深層学習技術であるMulti-resolution Convolutional Autoencoderを開発した。本手法を実際のデジタル病理画像に適用し、単独の倍率のみから学習したモデルに比べて性能が向上することを示した。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2016-08-26 - 2018-03-31

【配分額】2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】16K20230 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

頭頸部腫瘍 / 腫瘍免疫 / HPV / 免疫応答 / 頭頸部扁平上皮癌 / 頭頚部癌 / ウィルス発癌 / 癌 / ウィルス / ゲノム

【研究成果の概要】

PD-1阻害剤の奏効群は腫瘍遺伝子変異量（TMB: Tumor Mutation Burden）が大きく、T細胞免疫プロファイルスコア（GEP : Tcell-inflamed gene expression profile）が高い症例とされているが,臨床的指標が明らかでなかったために頭頸部扁平上皮癌528症例のTMBおよびGEPを計測し、臨床指標との関連を解析した。甲状腺乳頭癌、肺癌、悪性黒色腫を比較に用いた。結果、（1）悪性黒色腫、肺癌が頭頸部癌よりPD-1阻害剤奏効例が多いこと、高齢、進行喉頭下咽頭癌、PD-L1発現高値例はPD-1阻害剤の奏効が期待できることを示した。

【研究の社会的意義】

ゲノムデータを用いて臨床医のPD-1阻害剤選択に関わる因子を抽出したという点で非常に意義のある研究であると考えられる。TMBおよびGEPスコア算出方法に関しては多施設共同研究にも応用可能であると考えられる。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)

【研究分野】生体関連化学

【研究領域課題番号】15H02190 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DNA / メチル化 / 脱メチル化 / ヒストン / 金属反応 / ペプチド合成 / エピジェネティクス / 化学合成 / イメージング / DNAメチル化 / 金属錯体 / RNA修飾 / ＤＮＡメチル化 / ＲＮＡ修飾 / 核酸 / 有機化学 / 癌 / ゲノム / バイオテクノロジー

【研究成果の概要】

われわれが開発した化学反応を基礎にして、高効率なエピジェネティクス検出研究を進めた。成果は次の通り。課題(i) 腫瘍不均一性を解くためのDNA反復配列に現れるメチル化の超高輝度検出、課題(ii) 腫瘍術後診断を効率化するDNA脱メチル化特異的反応生成物の超高性能分析、課題(iii) 遺伝子発現を制御するヒストン構造の化学的再現と解析

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)

【研究分野】腫瘍生物学

【研究領域課題番号】26710005 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

がん微小環境 / がん幹細胞 / 低酸素 / 低栄養 / 低pH / がん / ストレス / ゲノム / 腫瘍微小環境 / 癌

【研究成果の概要】

癌の増殖と転移には腫瘍微小環境が重要な役割を果たす。これまで申請者は低酸素下の栄養飢餓で残存する癌細胞が癌の悪性化、及び、治療抵抗性を促進することを見出し報告してきた。本研究はこの低酸素・低栄養によって誘導される癌の悪性化のメカニズムを癌幹細胞の詳細な解析から解明し、低酸素・低栄養に抵抗性な癌幹細胞を標的とした新しい癌の制御法の開発につながる研究を目指して研究を行った。本研究から、低酸素・低栄養・低pHといったがん微小環境に起因する悪性化機構のいち部を解明し、現存する化学療法や血管新生阻害療法との併用で相乗効果が期待できる新しい標的分子の探索と治療への応用のための基盤となる研究を実施した。

【研究の社会的意義】

本研究の低酸素・低栄養の培養系を用いて樹立した細胞株を利用することにより、低酸素・低栄養の腫瘍微小環境における癌悪性化と治療抵抗性のメカニズムを解明し既存の抗癌剤や血管新生阻害剤と併用可能な新しい制癌法を開発することが可能になる。これら抵抗性の克服は、次世代の抗癌剤や血管新生阻害剤の開発にきわめて重要と考えられ、本研究は、
（１）大腸がん、乳がん、肝がんなどの血管新生阻害療法が承認されている癌治療についてさらに改良を加えること
（２）Hypovascularな膵臓癌や、高転移性な脳腫瘍などの抗癌剤や血管新生阻害療法の効果が見られない難治癌のモデル系として非常に有用で意義のある研究と考えられる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2019-03-31

【配分額】15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)

【研究分野】外科学一般

【研究領域課題番号】26253069 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

食道胃接合部 / ES細胞 / 内胚葉上皮 / 組織形成 / オルガノイド / 内胚葉 / 食道 / 胃 / 前腸形成 / 臓器形成 / 食道・胃接合部 / 発生学 / 分化誘導 / 発生・分化 / 再生医学 / 癌 / ゲノム / 細胞・組織

【研究成果の概要】

本研究では、発生過程における食道―胃接合部形成機構の解明を目指した。遺伝子ノックアウト及びlineage tracing実験、複数の転写因子の発現を示す蛍光蛋白レポーターマウス (”Rainbow Mouse”)の作成と同マウスから採取した細胞のin vitro分化誘導実験の結果、発生13.5日までに接合部形成位置を境として逆方向のSox2/GATA4の濃度勾配が形成され、結果的に胃側間質にFGF10、食道側上皮にFGFR２が誘導される結果、限局したERK活性化を引き起こすことで、接合部が未分化状態の上皮として成体まで維持されることがわかった。

【研究の社会的意義】

食道―胃接合部や十二指腸Vater乳頭部、直腸歯状線、子宮頸部などの“異なる上皮の接点”は人体の複数の場所に存在し、腫瘍の発生母地になり得るという臨床上の共通した特性がある。
本研究では、これまで未解明であった発生期食道―胃接合部の形成機構／維持機構を明らかにした。まず、接合部形成位置を挟んでそれぞれの細胞運命を規定する転写因子が逆方向の濃度勾配を形成し、上皮―間質相互作用で一方の間質シグナルを誘導し、他方の上皮でその受容体を発現するという巧みな方法で、接合部に限局したシグナル活性化を来すことがわかった。他の“異なる上皮の接点”形成機構にも共通する可能性があり、今後の解明が待たれる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2019-03-31

【配分額】40,560千円 (直接経費: 31,200千円、間接経費: 9,360千円)

【研究分野】ゲノム生物学

【研究領域課題番号】25250023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム維持修復 / ゲノム多様性 / ゲノム進化・再編 / 遺伝情報複製・再編 / ゲノム機能 / 活性発現の分子機構 / 染色体構築・機能・分配 / 生体高分子構造・機能 / 構造活性相関 / ゲノム / 遺伝子 / 癌 / 蛋白質 / 放射線

【研究成果の概要】

本研究の目的は、クロマチン構造によって凝縮されている染色体ゲノムDNA上で、相同組換えがどのように行われているか、その分子機構を解明することである。本研究では、in vitro相同組換え反応系とクロマチン再構成系とを独自に融合させることで、高次クロマチン上における相同組換え反応機構を明らかにした。また、ヒストンバリアントによって形成される多様なクロマチン構造が、相同組換え反応を制御することを見出した。さらに、相同組換えの中心酵素であるRAD51とDMC1の機能差異について重要な知見を得た。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】45,890千円 (直接経費: 35,300千円、間接経費: 10,590千円)

【研究分野】ゲノム医科学

【研究領域課題番号】25710020 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ゲノム / がん / 治療標的 / 癌 / 病理学

【研究成果の概要】

ヒト癌細胞のマウス移植系におけるトランスクリプトームシーケンスのデータから、マウスとヒトとの配列を分離して癌細胞と間質細胞との細胞間相互作用全体（インターラクトーム）を解析する方法を高精度化した。この方法を用いて、様々な癌種の細胞や臨床検体から樹立したXenograftの解析を行い、癌の組織像を反映したインターラクトームプロファイルや、特定の癌種で重要な相互作用候補を同定することができ、候補分子のいくつかについては実際の臨床組織で腫瘍や間質特異的な局在等を確認できた。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【配分額】25,480千円 (直接経費: 19,600千円、間接経費: 5,880千円)

【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】腫瘍生物学

【研究領域課題番号】24501311 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

FAIRE-seq / シグナル伝達 / EMT / 乳がん / TGF-beta / ZEB1 / アポトーシス / ゲノム / 癌 / 転写因子 / lncRNA / lincRNA / FAIRE / RNA-seq / オープンクロマチン / TGF-β

【研究成果の概要】

本研究では乳腺上皮細胞の上皮間葉転換EMTにおける遺伝子発現変化を次世代シーケンサーを用いたRNA-seqにより解析するとともに、オープンクロマチン領域の変化につきFAIRE-seqを用いてデータ取得を行った。その結果発現変動を受けるnon coding RNAなどの新規転写産物を同定した。このうちlncRNA-Smad7の抗アポトーシス作用を見いだした。また乳腺上皮細胞に恒常活性RASを発現させTGF-βによりEMTを起こす細胞ではオープンクロマチン領域に違いが生じることを見出した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)

【研究分野】ゲノム医科学

【研究領域課題番号】23241064 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

疾患関連遺伝子 / 遺伝子増幅 / がん / ゲノム / 分子腫瘍学 / ゲノム発現 / 婦人科腫瘍学

【研究成果の概要】

がんは遺伝子の異常が原因となって生じる病気です。私たちの体の設計図である遺伝子はすべて父親と母親から一つずつもらっていますが、がん細胞の中には、遺伝子増幅と呼ばれる現象によって数倍から数十倍に多くなっている遺伝子が見つかっています。これまでの研究から、このような遺伝子（がん遺伝子）が、がんの治療や診断に利用できることがわかってきました。私たちは、遺伝子増幅が頻繁に観察される乳がんに注目し、がん遺伝子を探すためのさまざまな実験方法を開発しました。例えば、遺伝子を正常な細胞に入れることでがん細胞になるかどうかを調べることで、診断、治療に使える可能性を秘めた遺伝子を見つけ、その働きを調べました。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2014-03-31

【配分額】49,270千円 (直接経費: 37,900千円、間接経費: 11,370千円)

【研究分野】発がん

【研究領域課題番号】23240124 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

癌 / ゲノム / シグナル伝達 / 発現抑制 / 老化

【研究成果の概要】

我々は細胞老化過程についてFucciシステムを用いたタイムラプスイメージングで解析を行った。その結果、老化過程では、G2期の細胞が細胞分裂期を回避してG1期に移行することが分かった。この分裂期回避にはp53が必須の役割を果たしていること、またG2期の細胞に一過性にp53を活性化させるだけで細胞老化が誘導されることが分かった。さらに、p53は早期のAPC/CCdh1の活性化と、pRb/p107/p130による転写抑制を介して、様々な分裂期制御因子タンパク質の量を著減させることで分裂期回避を誘導していることが分かった。

【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】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】産婦人科学

【研究領域課題番号】22390313 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

子宮体癌 / マイクロRNA / エピゲノム異常 / DNAメチル化 / 癌抑制型マイクロRNA / 癌 / ゲノム / 核酸 / microRNA / 抗癌剤感受性 / micro RNA / 癌抑制遺伝子 / がん抑制遺伝子

【研究成果の概要】

子宮体癌においてエピジェネティックな異常メチル化により発現が抑制されている癌抑制型マイクロRNA(miRNA)を同定し、その機能を解析することを目的とした。ヒト子宮体癌由来細胞株に脱メチル化剤(5-Aza-CdR)を添加し発現が増加したマイクロRNAの中からmiR-34bを同定した。miR-34bは体癌組織で発現が抑制されており、培養細胞に導入するとコロニー形成能および遊走能を低下させた。マウス移植腫瘍に対しては抗がん剤の効果を増強したことからも新たな子宮体癌治療のツールとなる可能性が示唆された。

【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】19591601 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遺伝子 / 癌 / ゲノム / 病理学 / マイクロアレイ

【研究成果の概要】

わが国における肝細胞癌の90%以上の症例は肝炎ウィルス罹患による慢性肝疾患を発生母地としており、前癌病変である再生結節や腺腫様過形成から早期肝癌へと移行する。本研究ではSNPアレイを用いたコピー数解析法により早期肝癌から進行肝癌へと進展する過程での染色体変化を明らかにし、また肝癌進展に寄与する癌抑制遺伝子CSMD1を同定し、同遺伝子のプロモーター領域におけるメチル化による不活化が重要であることを示した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】胸部外科学

【研究領域課題番号】19591614 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

呼吸器外科学 / 癌 / ゲノム / 外科 / 遺伝子

【研究成果の概要】

発癌の一因に遺伝子のメチル化による不活化があり、肺癌でも複数の遺伝子でメチル化の報告がなされている。従来肺癌でメチル化の報告がなかった遺伝子を新たに検索するため、バイオインフォマティクス並びに実験的手法の両方をうまく用いることで、肺癌でメチル化の存在する遺伝子を新たに8つ同定した。これらの遺伝子の1つであるGOS2遺伝子のメチル化が非扁平上皮癌と比較して扁平上皮癌において有意に多いことが判明した。また従来から報告があったp16遺伝子のメチル化とEGFR遺伝子変異の排他性も我々のデータから確認された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】産婦人科学

【研究領域課題番号】18591845 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

子宮頸癌 / 細胞診 / コルポスコープ / siRNA / BACライブラリー / P16, in situhybridization / パピローマウイルス / ラマン分光 / 子宮頸部 / コルポスコピー / パビローマウイルス / 遺伝子 / ゲノム / マイクロアレイ / ウイルス / 癌

【研究成果の概要】

子宮頸癌の診療技術の改良に役立つ方法を研究した。診断では子宮頸癌をリアルタイムに診断する方法としてラマンコルポスコープの開発に着手した。従来にない斬新的なアプローチで再現性のあるデータを得ることができた。細胞診では従来、炎症所見の一つといわれているamphophiliaがHPV18型感染に特徴的な細胞像であることがわかった。細胞診検体を利用し、P16細胞免疫染色、HPV型判定、およびHPVのDNAに対するin situ hybridizationを施行し、分子生物学的にハイリスク症例を抽出することが可能となった。BACマイクロアレイにより遺伝子異常をゲノムワイドに網羅的に解析し、新たな癌関連候補遺伝子領域をみつけた。
一方、治療ではHPV18型に対するsiRNAを用い、HPV E6,E7遺伝子発現を制御し癌細胞の増殖を抑制することができた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2006 - 2008

【配分額】4,100千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 600千円)