網羅的なゲノム異常解析と詳細な臨床情報に基づく、ヒトがんの多様な多段階発がん過程の分子基盤の解明とその臨床応用に関する研究

文献情報

• 文献番号: 201313003A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 網羅的なゲノム異常解析と詳細な臨床情報に基づく、ヒトがんの多様な多段階発がん過程の分子基盤の解明とその臨床応用に関する研究
• 課題番号: H22-３次がん-一般-003
• 研究年度: 平成25(2013)年度
• 研究代表者(所属機関): 河野 隆志(独立行政法人 国立がん研究センター 研究所 ゲノム生物学研究分野)

研究分担者(所属機関)

• 横田　　淳(独立行政法人　国立がん研究センター　研究所　ゲノム生物学研究分野 )
• 野口　雅之(筑波大学大学院　基礎医学系病理学)
• 小川　誠司(京都大学大学院　医学研究科　腫瘍生物学)
• 森下　和広(宮崎大学　医学部　機能制御学講座・腫瘍生化学分野)
• 柴田　龍弘(独立行政法人　国立がん研究センター　研究所　がんゲノミクス研究分野 )
• 稲澤　譲治(東京医科歯科大学　難治疾患研究所)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 第３次対がん総合戦略研究
• 研究開始年度: 平成22(2010)年度
• 研究終了予定年度: 平成25(2013)年度
• 研究費: 36,231,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

がんは細胞内に遺伝子異常が蓄積することにより発生、進展していく病気なので、がんの罹患率・死亡率を減少させるためには、ゲノム異常を中心とした発がんの分子基盤を明らかにし、得られた情報を臨床へ導入していく必要がある。本研究の目的は、多段階発がん過程でがん細胞内に蓄積するゲノム異常を様々なゲノム網羅的解析法を用いて明らかにし、更にその分子基盤を解明して、個々のがんに最適の治療法を提供する個別医療・予知医療の実現へ向けて、がんの診断や分子標的療法に有用な新たな情報を集約することである。

研究方法

肺腺がん、肺小細胞がんを対象として、全トランスクリプトーム解読により融合遺伝子を、また、全エクソーム解析により変異遺伝子を、ゲノム網羅的に同定した。肺上皮内腺がん（Noguchi TypeA,B）と初期浸潤がん(Noguchi Type D,E)でArray-CGH解析を行い、qPCRと免疫染色の結果が最も相関する遺伝子を見いだした。腎細胞がんについては、全エクソーム解析、メチル化アレイ（Infinium HumanMethylation450）による網羅的なDNAメチル化解析を行いメチル化のプロファイリングを行った。Monosomy 7を有するAMLを中心として7番染色体にゲノム異常のある24症例について統合的ゲノム解析を行い、その原因遺伝子単離とin vitro及びin vivo機能解析を行った。EVI1 TGマウスとmono7欠損マウスを作製し、掛け合わせにより白血病発症機構を検討した。またEVI1-TGマウス造血幹細胞にshmono7発現させ、NOG免疫不全マウスに移植し白血病発症を検討した。胃がん臨床検体を用いて、全ゲノムにおけるコピー数異常を検出、同じ検体について遺伝子発現解析を行ない、ゲノムコピー数変化と遺伝子発現量の関連を調べた。悪性度の高い小児神経芽腫、甲状腺未分化がん、口腔がん、肝がんなどの生命予後が不良で有効な治療法が確立されていない難治がんを研究の主たる対象とし、増幅や欠失、さらにがん特異的DNAメチル化などをランドマークに、がん抑制性マイクロRNAを含む新規がん関連遺伝子を同定した。

結果と考察

全エクソーム解析により、RET, ALK, ROS1がん遺伝子の転座陽性、かつ、EGFR, KRAS, HER2, BRAF陰性の肺腺がんでは、他と比して、P53遺伝子等のがん関連遺伝子の変異頻度が低く、専ら遺伝子融合高いことに依存して発がんしていること、よって融合が治療標的に適していることを明らかにした。肺小細胞がんで10%以上の頻度で変異し、且つ、発現している治療標的候補遺伝子として10遺伝子を同定した。ECT2の増幅、発現亢進は初期の肺腺がんにおける予後推測のための有用なバイオマーカーであることを見出した。VHL複合体の異常は腎細胞癌の発生においてほぼ必須のイベントであり、HIFの蓄積という観点からはVHLおよびTCEB1のどちらが変異しても同様の結果が生じることを示した。Monosomy 7の原因遺伝子候補mono 7同定した。EVI1高発現とmono７の発現低下により有意に白血病発症が早まり、機能的にEVI1と協調して働くことから原因遺伝子であることが強く示唆された。低分化胃がんにおいて高頻度に観察される6p21領域増幅から、体系的な機能解析によりglycolysisに必要な解毒代謝酵素であるGLO1を新たながん遺伝子として同定した。新規腫瘍抑制型-microRNAとして、肝がんのmiR-124, miR-203, miR-497, miR-195、子宮体がんのmiR-152、口腔癌のmiR-218を同定した。

結論

本研究によって同定された新規治療標的RET融合遺伝子に関して肺腺がん個別化治療への橋渡しが成功しつつある。今後、遺伝子異常で規定される肺発がん経路に基づいた個別化治療、肺小細胞がん変異遺伝子をターゲットとした治療の実現が、肺がん治療成績の向上に役立つと考える。また、腎がんでの高頻度(95%<) のVHL complexの異常の解明、難治性AMLのMono 7遺伝子の、低分化胃がんのGLO1遺伝子、がん抑制性マイクロRNA群の同定は、いずれも、発がん機構の理解に有効な知見を与えるだけでなく、有望な治療標的分子の発出に役立つと考える。今回得られたゲノム異常の全体像から、今後、がん個別化医療のバイオマーカーや分子標的治療法のシーズをさらに同定できると考える。

公開日・更新日

• 公開日: 2015-06-02
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201313003B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 網羅的なゲノム異常解析と詳細な臨床情報に基づく、ヒトがんの多様な多段階発がん過程の分子基盤の解明とその臨床応用に関する研究
• 課題番号: H22-３次がん-一般-003
• 研究年度: 平成25(2013)年度
• 研究代表者(所属機関): 河野 隆志(独立行政法人 国立がん研究センター 研究所 ゲノム生物学研究分野)

研究分担者(所属機関)

• 横田　　淳( 独立行政法人　国立がん研究センター　研究所　ゲノム生物学研究分野 )
• 野口　雅之(筑波大学大学院　基礎医学系病理学)
• 小川　誠司(京都大学大学院　医学研究科　腫瘍生物学)
• 森下　和広(宮崎大学・医学部　機能制御学講座・腫瘍生化学分野)
• 柴田　龍弘( 独立行政法人　国立がん研究センター　研究所　がんゲノミクス研究分野 )
• 稲澤　譲治(東京医科歯科大学　難治疾患研究所)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 第３次対がん総合戦略研究
• 研究開始年度: 平成22(2010)年度
• 研究終了予定年度: 平成25(2013)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

がんは細胞内に遺伝子異常が蓄積することにより発生、進展していく病気なので、がんの罹患率・死亡率を減少させるためには、ゲノム異常を中心とした発がんの分子基盤を明らかにし、得られた情報を臨床へ導入していく必要がある。本研究の目的は、多段階発がん過程でがん細胞内に蓄積するゲノム異常を様々なゲノム網羅的解析法を用いて明らかにし、更にその分子基盤を解明して、個々のがんに最適の治療法を提供する個別医療・予知医療の実現へ向けて、がんの診断や分子標的療法に有用な新たな情報を集約することである。

研究方法

全トランスクリプトーム解読により融合遺伝子を、また、全エクソーム解析により変異遺伝子を、ゲノム網羅的に同定した。また、DNAメチル化アレイ、発現アレイ、SNPアレイを用い、DNAメチル化、遺伝子発現変動、ゲノムコピー数変化を解析した。手術検体を用いた研究は、各施設の倫理委員会での承認を得て、臨床病理学的診断の後に残った組織を対象として、検体をコード化し、患者に不利益がないよう、プライバシーを厳守して行なった。病理診断・検査の残余を研究に用いるため、提供者に新たに侵襲を与えず、また診断への影響や治療への介入はない。臨床検体の提供者には、臨床検体が医学研究に使われることについて文書および口頭で説明し、同意を得た。遺伝子多型に関する研究は、研究計画に関して研究施設の倫理委員会の承認を得た後に、個々人に対して詳細な研究内容の説明を行い、本人からの同意を得た上で行った。

結果と考察

全トランスクリプトーム解析により肺腺がんの2%に存在するRET融合遺伝子を新規治療標的として同定し、肺腺がん個別化治療への橋渡し研究を開始した。他の新規融合遺伝子としてEZR-ROS1も同定した。全エクソーム解析により、RET, ALK, ROS1がん遺伝子の転座陽性、かつ、EGFR, KRAS, HER2, BRAF陰性の肺腺がんでは、他と比して、TP53遺伝子等のがん関連遺伝子の変異頻度が低く、専ら遺伝子融合に依存して発がんしていること、よって治療標的に適していることを明らかにした。肺小細胞がんで肺小細胞がんにおいてMYCファミリー遺伝子群と相互排他的に増幅しているKIAA1432遺伝子を新規治療標的分子候補として同定し、また、10%以上の頻度で変異し、且つ、発現している治療標的候補遺伝子として10遺伝子を同定した。ECT2の増幅、発現亢進は初期の肺腺がんにおける予後推測のための有用なバイオマーカーであることを見出した。肺腺がん感受性遺伝子については感受性遺伝子群の同定研究が開始した段階であり、発症高危険群の捕捉のため、さらなる遺伝子の同定を行う必要がある。
他の難治がんに関しては以下の結果を得た。腎細胞がんの全エクソンシークエンスにより新規の遺伝子変異であるTCEB1の変異とその機能的な意義を明らかとした。また、ゲノム異常のプロファイルが臨床像と密接に関連しており、分子病態に基づいた症例の分類が、予後の予測や治療方針の検討に有用となりうることを示した。白血病幹細胞の維持に細胞接着並びにGタンパク質情報伝達系異常が重要であることを見出した。Monosomy 7の原因遺伝子候補mono 7を同定した。EVI1高発現とmono７の発現低下によって有意に白血病発症が早まり、機能的にもEVI1と協調して働くことから原因遺伝子であることが強く示唆された。低分化胃がんにおいて高頻度に観察される6p21領域増幅から体系的な機能解析によりglycolysisに必要な解毒代謝酵素であるGLO1を新たながん遺伝子として同定した。統合的ゲノム・エピゲノム解析と高スループットmiRNA機能アッセイにより、新規腫瘍抑制型-microRNAとして、肝がんのmiR-124, miR-203, miR-497, miR-195、子宮体がんのmiR-152、口腔癌のmiR-218を同定した。

結論

本研究によって同定された新規治療標的RET融合遺伝子に関して肺腺がん個別化治療への橋渡しが成功しつつある。今後、遺伝子異常で規定される肺発がん経路に基づいた個別化治療、ECT2を標的とした治療、肺小細胞がん変異・増幅遺伝子をターゲットとした治療の実現が、肺がん治療成績の向上に役立つと考える。また、腎がんでの高頻度(95%<) のVHL complexの異常の解明、難治性AMLのMono 7遺伝子、低分化胃がんのGLO1遺伝子、がん抑制性マイクロRNA群の同定は、いずれも、発がん機構の理解に有効な知見を与えるだけでなく、有望な治療標的分子の発出に役立つと考える。今回得られたゲノム異常の全体像から、今後、がん個別化医療のバイオマーカーや分子標的治療法のシーズをさらに同定できると考える。

公開日・更新日

• 公開日: 2015-06-02
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201313003C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: RET遺伝子融合に関する全国レベルでの肺がん遺伝子異常のスクリーニング、異常陽性例の医師主導治験が開始され、アカデミア発の治療シーズが臨床現場に短期間で橋渡しできることを示した。2015年8月に登録を終了し、RET阻害薬バンデタニブの有望な治療効果を得て、2017年にLancet Respir Med誌 (Yoh et al., 2017)にその成果を報告した。その後、2018年の米国臨床腫瘍学会で特異的RET阻害薬LOXO-292の効果が報告されるなど、治療研究が進んでいる。
• 臨床的観点からの成果: 1-2%の希少フラクションにしか存在しない遺伝子異常であっても、多施設の協力によってアカデミア主導の治験が行えることを示した。また、医師主導治験によるRET阻害薬バンデタニブの治療効果を信施すことができ、アカデミア創薬推進に追い風となると期待できる。実際、金沢大学の矢野聖二教授らによって、RET阻害薬Alectinibの医師主導治験が開始され、登録が終了している。その後、米国で特異的RET阻害薬LOXO-292やBLU-667の早期治験が展開するなど臨床研究が進んでいる。
• ガイドライン等の開発: なし
• その他行政的観点からの成果: なし
• その他のインパクト: LC-SCRUM-Japanという全国遺伝子スクリーニング機構は多くのマスコミに取り上げられた。; また、RET阻害薬バンデタニブの薬剤耐性機構を2018年に発見し（Nakaoku et al., 2018, Nat Comm)プレスリリースを行った。

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 150件
• その他論文(和文): 0件
• その他論文(英文等): 0件
• 学会発表(国内学会): 100件
• 学会発表(国際学会等): 10件
• その他成果(特許の出願): 2件
• その他成果(特許の取得): 4件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 0件

特許

• 特許の名称: ＫＩＦ５Ｂ遺伝子とＲＥＴ遺伝子との融合遺伝子、並びに該融合遺伝子を標的としたがん治療の有効性を判定する方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特願2011-171256 ; 発明者名: 河野隆志、蔦幸治 ; 権利者名: 国立がん研究センター ; 出願年月日: 20110804 ; 国内外の別: 国内

• 特許の名称: ＫＩＦ５Ｂ遺伝子とＲＥＴ遺伝子との融合遺伝子、並びに該融合遺伝子を標的としたがん治療の有効性を判定する方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: PCT/JP2012/069799 ; 発明者名: 河野隆志、蔦幸治 ; 権利者名: 国立がん研究センター ; 出願年月日: 20120803 ; 国内外の別: 国外

• 特許の名称: ＫＩＦ５Ｂ遺伝子とＲＥＴ遺伝子との融合遺伝子、並びに該融合遺伝子を標的としたがん治療の有効性を判定する方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特許第6032616号 ; 発明者名: 河野隆志、蔦幸治 ; 権利者名: 国立がん研究センター ; 出願年月日: 20110804 ; 取得年月日: 20161104 ; 国内外の別: 国内

• 特許の名称: ＫＩＦ５Ｂ遺伝子とＲＥＴ遺伝子との融合遺伝子、並びに該融合遺伝子を標的としたがん治療の有効性を判定する方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 特許第9216172号 ; 発明者名: 河野隆志、蔦幸治 ; 権利者名: 国立がん研究センター ; 出願年月日: 20120803 ; 取得年月日: 20151222 ; 国内外の別: 米国

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Iwakawa R, Takenaka M, Kohno T, Yokota J, et al.; Genome-wide identification of genes with amplification and/or fusion in small cell lung cancer.; Genes Chromosomes Cancer , 52 (9) , 802-816 (2013); 10.1002/gcc.22076
• 原著論文2: Kohno T, Ichikawa H, Totoki Y, Yokota J, et al.; KIF5B-RET fusions in lung adenocarcinoma.; Nature Medicine , 18 (3) , 375-377 (2012); 10.1038/nm.2644
• 原著論文3: Iwakawa R, Okayama H, Kohno T, Yokota J, et al.; Contribution of germline mutations to PARK2 gene inactivation in lung adenocarcinoma.; Genes Chromosomes Cancer , 51 (5) , 462-472 (2012); 10.1002/gcc.21933
• 原著論文4: Okayama H, Kohno T, Ishii Y, Yokota J, et al.; Identification of genes upregulated in ALK-positive and EGFR/KRAS/ALK-negative lung adenocarcinomas.; Cancer Res , 72 (1) , 100-111 (2012); 10.1158/0008-5472.CAN-11-1403
• 原著論文5: Iwakawa R, Kohno T, Kato M, Yokota J, et al.; MYC amplification as a prognostic marker of early-stage lung adenocarcinoma identified by whole genome copy number analysis.; Clin Cancer Res , 17 (6) , 1481-1489 (2011); 10.1158/1078-0432
• 原著論文6: Shiraishi K, Kohno T, Tanai C, Kunitoh H, et al.; Association of DNA repair gene polymorphisms with response to platinum-based doublet chemotherapy in patients with non-small-cell lung cancer.; J Clin Oncol , 28 (33) , 4945-4952 (2010); 10.1200/JCO.2010.30.5334
• 原著論文7: Roy BC, Kohno T, Iwakawa R, Yokota J, et al.; Involvement of LKB1 in epithelial-mesenchymal transition (EMT) of human lung cancer cells.; Lung Cancer , 70 (2) , 136-145 (2010); 10.1016/j.lungcan.2010.02.004
• 原著論文8: Kohno T, Otsuka A, Girard L, Yokota J, et al.; A catalog of genes homozygously deleted in human lung cancer and the candidacy of PTPRD as a tumor suppressor gene.; Genes Chromosomes Cancer , 49 (4) , 342-352 (2010); 10.1002/gcc.20746.
• 原著論文9: Murata Y, Minami Y, Iwakawa R, Noguchi M, et al.; ECT2 amplification and overexpression as a new prognostic biomarker for early-stage lung adenocarcinoma.; Cancer Sci , 105 (4) , 490-497 (2014); 10.1111/cas.12363
• 原著論文10: Yano S, Yamada T, Takeuchi S, Noguchi M, et al.; Hepatocyte growth factor expression in EGFR mutant lung cancer with intrinsic and acquired resistance to tyrosine kinase inhibitors in a Japanese cohort.; J Thorac Oncol , 6 (12) , 2011-2017 (2013); 10.1097/JTO.0b013e31823ab0dd
• 原著論文11: Sato Y, Yoshizato T, Shiraishi Y, Ogawa S, et al.; Integrated molecular analysis of clear-cell renal cell carcinoma.; Nat Genet , 45 (11) , 1293-1299 (2013); 10.1038/ng.2699.
• 原著論文12: Saito Y, Kaneda K, Suekane A, Morishita K, et al.; Maintenance of the hematopoietic stem cell pool in bone marrow niches by EVI1-regulated GPR56.; Leukemia , 27 (8) , 1637-1649 (2013); 10.1038/leu.2013.75
• 原著論文13: Hosoda F, Arai Y, Okada N, Shibata T, et al.; Integrated genomic and functional analyses reveal glyoxalase I as a novel metabolic oncogene in human gastric cancer.; Oncogene , 34 (9) , 1196-1206 (2015); 10.1038/onc.2014.57.
• 原著論文14: Furuta M, Kozaki K, Tanimoto K, Inazawa J, et al.; The tumor-suppressive miR-497-195 cluster targets multiple cell-cycle regulators in hepatocellular carcinoma.; PLoS One , 8 (3) , e60155- (2013); 10.1371/journal.pone.
• 原著論文15: Tsuruta T, Kozaki K, Uesugi A, Inazawa J, et al.; miR-152 is a tumor suppressor microRNA that is silenced by DNA hypermethylation in endometrial cancer.; Cancer Res , 71 (20) , 6450-6462 (2011); 10.1158/0008-5472.CAN-11-0364
• 原著論文16: Uesugi A, Kozaki K, Tsuruta T, Inazawa J, et al.; The tumor suppressive microRNA miR-218 targets the mTOR component Rictor and inhibits AKT phosphorylation in oral cancer.; Cancer Res , 71 (17) , 5765-5778 (2011); 10.1158/0008-5472.CAN-11-0368
• 原著論文17: Furuta M, Kozaki KI, Tanaka S, Inazawa J, et al.; miR-124 and miR-203 are epigenetically silenced tumor-suppressive microRNAs in hepatocellular carcinoma.; Carcinogenesis , 31 (5) , 766-776 (2010); 10.1093/carcin/bgp250

公開日・更新日

• 公開日: 2015-09-02
• 更新日: 2018-06-04

収支報告書

• 文献番号: 201313003Z
• 報告年月日: 2014年11月26日

収入

• (1)補助金交付額: 47,100,000円
• (2)補助金確定額: 47,100,000円
• 差引額 [(1)-(2)]: 0円

支出

研究費 (内訳)	直接研究費	物品費	21,710,122円
		人件費・謝金	7,799,593円
		旅費	990,355円
		その他	5,734,565円
	間接経費		10,869,000円
	合計		47,103,635円

備考

備考

自己負担3,635円

公開日・更新日

• 公開日: 2015-09-10
• 更新日: -