ゲノム・遺伝子解析情報に基づく、臨床応用可能な固形がんの予後予測法の開発と、免疫遺伝子治療に資する研究

文献情報

• 文献番号: 201313005A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: ゲノム・遺伝子解析情報に基づく、臨床応用可能な固形がんの予後予測法の開発と、免疫遺伝子治療に資する研究
• 課題番号: H22-３次がん-一般-007
• 研究年度: 平成25(2013)年度
• 研究代表者(所属機関): 青木 一教(独立行政法人国立がん研究センター 研究所 遺伝子免疫細胞医学研究分野)

研究分担者(所属機関)

• 佐々木　博己(独立行政法人国立がん研究センター　研究所　遺伝医学研究分野)
• 大上　直秀(広島大学大学院　分子病理学研究室)
• 菅野　康吉(栃木県立がんセンター研究所　がん遺伝子研究室)
• 村上　善則(東京大学医科学研究所　人癌病因遺伝子分野)
• 金田　安史(大阪大学大学院　遺伝子治療学分野)
• 加藤　尚志(早稲田大学教育・総合科学学術院　先端生命医科学センター)

• 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: 40,077,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

ゲノム解析や腫瘍免疫学等の進歩に基づく個別化がん診療法の確立を目的とし、Ａ．ゲノム等解析情報に基づく予知医療の開発と、Ｂ．免疫遺伝子・核酸治療の開発を２つの柱とする。Ａでは、食道がんや肺がん等の診断や治療効果予想に有用な分子群の同定と臨床応用を、Ｂ．では、難治固形がんに対する新たな免疫遺伝子治療・核酸医薬の開発を目指す。がん治療では多角的な治療戦略と治療薬剤のデリバリー技術の開発が重要であり、以下のサブテーマを分担して、遺伝子解析技術やベクター開発技術、試料・情報を共有しながら総合的に研究を推進した。

研究方法

①化学放射線治療前の食道がん生検試料の遺伝子発現情報に基づき、治療効果の異なるサブタイプを同定する。また、新規標的を同定するために、各サブタイプで活性化する特徴的な分子経路の同定を行う。②抗CADM1抗体によるCADM1v8/9検出が、肺小細胞がん血清診断法の開発するため、糖鎖構造の解析やバリアントを認識する単クローン抗体の作製を行う。③固形がんに対するインターフェロン(IFN)遺伝子導入と造血幹細胞移植(HSCT)複合療法の開発を行う。腫瘍免疫に関して、HSCTが抗腫瘍免疫を活性化する機序を明らかとする。④HVJ-Eに核酸・遺伝子等を封入し、抗腫瘍能の増強を図る。⑤大腸がん細胞において、トポイソメラーゼI阻害剤とpoly(ADP-ribose) polymerase (PARP) 阻害剤の併用効果を検討する。⑥乳がんでは多核化の認められる症例では予後が不良であり、固形腫瘍での多核細胞化の機序を解明する。

結果と考察

5つのサブタイプを分類、予後不良なサブタイプ1aと5、良好なサブタイプ7を同定し、その分子経路を明らかとした。サブタイプ毎の個別化医療の実現へ向けて、診断薬や分子標的薬の開発のために大手製薬会社との共同研究を進めた。また、podoplaninはCRTの効果予測マーカーであることを示した。②小細胞肺がんにおけるCADM1のO型糖鎖を解析し、特徴的なコア 1, 2 構造およびシアル酸を見出した。バリアントを認識する高特異性、高親和性単クローン抗体の作成を試みた。また、CADM1の下流経路を解析し、治療標的としてCADM1-MPP3-DLG-PI3L-AKT または RAC1の分子経路を見出した。③HSCT後、腫瘍内S100A8/A9の発現上昇によりNK細胞を活性化して、抗腫瘍免疫を誘導する新たな機序を明らかとした。また、段階的臨床研究としてIFN遺伝子治療単独の臨床研究の準備を進めた。④IL-12遺伝子封入HVJ-Eの抗腫瘍メカニズムとして、HVJが脾細胞に作用してIL-18を産生させ、IL-12と協調してT細胞よりIFN-の産生を亢進することにより、抗腫瘍免疫を誘導することを明らかとした。⑤olaparibはRad51を介した二本鎖DNA損傷修復を間接的に阻害することで合成致死を誘導すると考えられ、SN-38との併用による相乗効果が認められた。⑥多核化のモデル細胞としてヒト巨核芽球性白血病細胞を用いて、その成熟を促進するmicroRNAを同定した。

結論

①本サブタイプ分類法は、病理組織学的分化度等これまでの分類方法とは独立したものであり、新たな食道がんの分類方法となり得る。②CADM1 v8/9 バリアントが小細胞肺がんで疾患特異的に過剰発現し、CADM1 の糖鎖に特徴的な修飾が認められることを見出し、CADM1 v8/9 断片の検出による小細胞肺がん診断が有望であることを示した。③HSCTがNK細胞を活性化する機序を明らかとした。HSCTは、免疫療法の効果を増強できる環境を形成するため、様々な免疫療法とも組み合わせることが可能であり発展性がある。④HVJ-EにIL-12遺伝子を封入することにより、強力な腫瘍免疫を誘導できることを示した。⑤olaparibとSN-38の併用は、DSBsに対する遺伝子相同組み替えを介した二本鎖DNA修復を阻害し、MSI陽性大腸がん以外の大腸がん細胞株に対しても相乗的な抗腫瘍効果の増強を示すことから、今後の臨床応用の可能性が期待される。⑥固形がんに多核細胞化が認められることに着目し，その機序に関わる分子の探索を実施、巨核球の成熟の促進に関与するマイクロRNAを同定した。

公開日・更新日

• 公開日: 2016-07-14
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201313005B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: ゲノム・遺伝子解析情報に基づく、臨床応用可能な固形がんの予後予測法の開発と、免疫遺伝子治療に資する研究
• 課題番号: H22-３次がん-一般-007
• 研究年度: 平成25(2013)年度
• 研究代表者(所属機関): 青木 一教(独立行政法人国立がん研究センター 研究所 遺伝子免疫細胞医学研究分野)

研究分担者(所属機関)

• 吉田　輝彦(独立行政法人国立がん研究センター　研究所　遺伝細胞医学研究分野 )
• 佐々木　博己(独立行政法人国立がん研究センター　研究所　遺伝細胞医学研究分野)
• 大上　直秀(広島大学大学院　分子病理学研究室)
• 菅野　康吉(栃木県立がんセンター研究所　がん遺伝子研究室)
• 村上　善則(東京大学医科学研究所　人癌病因遺伝子分野)
• 金田　安史(大阪大学大学院　遺伝子治療学分野)
• 加藤　尚志(早稲田大学教育・総合科学学術院　先端生命医科学センター)

• 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

ゲノム・遺伝子解析技術や核酸導入技術、腫瘍免疫学の進歩を、より優れたがんの診断・治療法開発に橋渡すことを目的とし、Ａ．ゲノム等解析情報に基づく予知医療の開発と、Ｂ．免疫遺伝子・核酸治療の開発を２つの柱とした。Ａでは、食道がんや肺がんの診断や治療効果予想に有用な分子群の同定と臨床応用を、Ｂ．では、難治固形がんに対する新たな免疫遺伝子治療・核酸医薬や抗がん剤との併用療法の開発を行った。がん診断・治療では多角的な治療戦略と治療薬剤のデリバリー技術の開発が重要であり、遺伝子解析技術やベクター開発技術、試料・情報を共有しながら総合的に研究を推進した。

研究方法

①化学放射線治療(CRT)前の食道がん生検試料274例の遺伝子発現情報に基づき、治療効果の異なるサブタイプを同定した。新規標的を同定するために、各サブタイプで活性化する特徴的な分子経路を同定した。また、podoplanin等の免疫染色を行い予後との関連を検討した。②CADM1バリアントタイプ検出による肺小細胞がん血清診断法の開発を行った。③骨軟部肉腫に対する固形がんに対するインターフェロン(IFN)遺伝子導入と造血幹細胞移植(HSCT)複合療法の開発を行った。④べクター自身が抗腫瘍免疫活性化作用を有するHVJ-Eに核酸・遺伝子等を封入し、抗腫瘍能の増強を図った。⑤膀胱がんに対するマルチキナーゼ阻害剤等の効果や、大腸がん細胞に対するトポイソメラーゼI阻害剤とpoly(ADP-ribose) polymerase (PARP) 阻害剤の併用効果を検討した。⑥低酸素環境下に応答するmicroRNAの機能を解析した。固形腫瘍での多核細胞化に関与するmicroRNAを探索した。

結果と考察

①予後不良なサブタイプ1aと5、良好なサブタイプ7を同定し、その分子経路を明らかとし、個別化医療の実現へ向けて診断薬や分子標的薬の開発のために大手製薬会社と共同研究を進めた。また、podoplaninはCRTの効果予測マーカーであることを示した。②小細胞がんの特徴として、エクソン9を含み、正常組織では精巣でした発現しない v8/9 バリアントを発現することを初めて見出した。また、O型糖鎖を解析し特徴的なコア 1, 2 構造およびシアル酸を見出した。さらに、CADM1の下流経路を解析し、治療標的としてCADM1-MPP3-DLG-PI3L-AKT または RAC1の分子経路を見出した。③HSCT後、腫瘍の免疫抑制環境を解除する機序およびNK細胞活性化による腫瘍免疫誘導機序を明らかとし、また、複合療法の効果と安全性を示した。段階的臨床研究として骨軟部肉腫に対するIFN遺伝子治療単独の臨床研究の準備を進めた。④グリオーマに対してはEg5siRNA封入HVJ-EあるいはIL-2遺伝子封入HVJ-Eが有効であり、メラノーマに対しては、Rad51siRNA封入HVJ-EとDTICの併用、あるいはIL-12遺伝子封入HVJ-Eが有効であった。⑤膀胱がんに対してマルチキナーゼ阻害剤は増殖抑制と血管新生抑制効果を発揮した。olaparibはRad51を介した二本鎖DNA損傷修復を間接的に阻害することで合成致死を誘導すると考えられ、SN-38との併用による相乗効果が認められた。⑥低酸素環境下ではmiR-201が鉄代謝を制御することを秋からとした。多核化のモデル細胞としてヒト巨核芽球性白血病細胞を用いて、その成熟を促進するmicroRNAを同定した。

結論

①本サブタイプ分類法は、病理組織学的分化度等これまでの分類方法とは独立したものであり、新たな食道がんの分類方法となり得る。②CADM1 v8/9 バリアントが小細胞肺がんで疾患特異的に過剰発現し、CADM1 の糖鎖に特徴的な修飾が認められることを見出し、CADM1 v8/9 断片の検出による小細胞肺がん診断が有望であることを示した。③HSCTの抗腫瘍免疫誘導機序を明らかとし、骨軟部肉腫に対するHSCTとIFN遺伝子治療複合療法の開発を行った。④IL-12封入HVJ-Eによる免疫誘導効果の増強や、Rad51siRNA封入HVJ-EとDacarbazinとの併用により、抗腫瘍効果が増強できることを明らかとした。⑤マルチキナーゼ阻害剤では腫瘍組織の血管新生の抑制と細胞周期停止という二つの作用を通じて薬理作用を発揮、olaparibとSN-38の併用はMSI陽性大腸がん以外の大腸がん細胞株に対しても相乗的な抗腫瘍効果の増強を示すことから、今後の臨床応用が期待された。⑥低酸素状態化において発現が上昇するmicroRNAや、核の多倍体化に関与するmicroRNAを同定した。

公開日・更新日

• 公開日: 2016-08-05
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201313005C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: ゲノム・遺伝子解析技術や核酸導入技術、腫瘍免疫学の進歩を、より優れたがんの診断・治療法開発に橋渡すことを目的に、A)ゲノム等解析情報に基づく予知医療の開発に関しては、食道がん、膀胱がん、前立腺がん及び肺がんの診断や治療効果予想に有用な分子群の同定と臨床応用を図った。また、B)免疫遺伝子・核酸治療の開発に関しては、難治固形がんに対する新たな免疫細胞遺伝子複合治療や核酸医薬の開発、抗がん剤・阻害剤の併用療法の開発を行った。
• 臨床的観点からの成果: 食道がん根治的化学放射線療法について、治療前生検サンプルの網羅的遺伝子発現解析を行い予後と相関するサブタイプを同定し、サブタイプ毎の個別化医療の実現へ向けて、診断薬や分子標的薬の開発のために大手製薬会社との共同研究を進めた。また、小細胞肺がんで、細胞接着分子 CADM1 のスプライシング・バリアントが特異的に発現することを見出し、国内企業と共同で血清診断マーカーとしての開発をすすめた。
• ガイドライン等の開発: 平成23年度厚生労働省次世代医療機器評価指標作成事業において、テーラーメイド医療診断機器（DNAチップ等を用いる遺伝子発現解析装置）の評価ガイドラインを作成した（平成24年11月20日厚労省より公表（薬食機発1120第5号））。
• その他行政的観点からの成果: 食道がん、膀胱がん、肺がん等の病勢、治療奏効性や予後を予測し、治療の個別化を促進するとともに、予後不良症例に特徴的な分子経路の解明から新規治療標的候補を同定することで治療成績向上に貢献する。がん微小環境においてがんの発生・進展にmiRNAが関わる機構を明らかにすることで、新たながん診断治療法の確立が可能となる。造血幹細胞とIFN免疫遺伝子治療の複合療法や、抗腫瘍効果を増強できる遺伝子・核酸医薬を封入したHVJ-Eは、従来の免疫治療の限界を突破し、難治固形がんに対する強力な治療戦略を提供する。
• その他のインパクト: Stage II/III食道がんに対する化学放射線療法の治療効果を、治療前の生検サンプルの遺伝子発現解析によって予測する技術が、2010年10月21日のMedical Tribune誌で紹介された。

発表件数

• 原著論文（和文）: 2件
• 原著論文（英文等）: 123件
• その他論文(和文): 15件
• その他論文(英文等): 3件
• 学会発表(国内学会): 170件
• 学会発表(国際学会等): 45件
• その他成果(特許の出願): 5件
• その他成果(特許の取得): 5件
• その他成果(施策への反映): 1件
• その他成果(普及・啓発活動): 1件

特許

• 特許の名称: 胃癌の再発を判定する方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 2011-247757 ; 発明者名: 深川剛生、佐々木博己、福島雅夫、間森千春 ; 権利者名: 独立行政法人国立がん研究センター、住友ベークライト株式会社 ; 出願年月日: 20111111 ; 国内外の別: 国内

• 特許の名称: 抗癌剤の作用を増強する医薬組成物、がん治療用キット、診断薬、及びスクリーニング方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 2012-29907 ; 発明者名: 佐々木博己、上園保仁、鈴木雅美、長瀬博、鈴木勉、成田年 ; 権利者名: 独立行政法人国立がん研究センター ; 出願年月日: 20120214 ; 国内外の別: 国内

• 特許の名称: メラノーマ細胞増殖抑制剤
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 2013-009937 ; 発明者名: 冷牟田修一、佐々木博己、青柳一彦、千脇史子 ; 権利者名: 出光興産株式会社、国立がん研究センター ; 出願年月日: 20130123 ; 国内外の別: 国内

• 特許の名称: 胃癌の再発を予測する方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 2011-247757/PCT/JP2013/097736 ; 発明者名: 深川剛生、佐々木博己、福島雅夫、間森千春 ; 権利者名: 独立行政法人国立がん研究センター、住友ベークライト ; 出願年月日: 20130507 ; 国内外の別: 国内、国外

• 特許の名称: Method of treating solid tumor
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: US 7,985,407 B2 ; 発明者名: Kazunori Aoki, Teruhiko Yoshida ; 権利者名: National Cancer Center ; 取得年月日: 20110626 ; 国内外の別: 国外

• 特許の名称: 消化器癌検出用血清腫瘍マーカー、消化器癌検出キット、および消化器癌検出方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 5467256 ; 発明者名: 安井 弥、大上 直秀 ; 権利者名: 国立大学法人広島大学 ; 取得年月日: 20140207 ; 国内外の別: 国内

• 特許の名称: 新規癌診断法、癌検出器具、および癌検出キット
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 5055543 ; 発明者名: 安井 弥、大上 直秀 ; 権利者名: 国立大学法人広島大学 ; 取得年月日: 20120810 ; 国内外の別: 国内

• 特許の名称: がんの診断、処置および/または予防、および/または浸潤・転移の抑制のための方法、システムおよび組成物ならびに関連するスクリーニング方法
• 詳細情報: 分類: ; 特許番号: 5131946 ; 発明者名: 村上善則、増田万里 ; 権利者名: 国立大学法人東京大学 ; 取得年月日: 20121116 ; 国内外の別: 国内

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: Tahara M, Inoue T, Sato F, et al.; The Use of Olaparib (AZD2281) Potentiates SN-38 Cytotoxicity in Colon Cancer Cells by Indirect Inhibition of Rad51-Mediated Repair of DNA Double-Strand Breaks; Mol Cancer Ther , 13 , 1170-1180 (2014); 10.1158/1535-7163.
• 原著論文2: Aida K, Miyakawa R, Suzuki K, et al.; Suppression of Tregs by anti-GITR antibody enhances the antitumor immunity of IFN-a gene therapy for pancreatic cancer; Cancer Sci , 105 , 159-167 (2014); 10.1111/cas.12332.
• 原著論文3: Uraoka N, Oue N, Sakamoto N, et al.; NRD1, which encodes nardilysin protein, promotes esophageal cancer cell invasion through induction of MMP2 and MMP3 expression; Cancer Sci , 105 , 134-140 (2014); 10.1111/cas.12316.
• 原著論文4: Murakami S, Sakurai-Yageta M, Maruyama T, et al.; Trans-homophilic interaction of CADM1 activates PI3K by forming a complex with MAGuK-family proteins MPP3 and Dlg; PLoS One , 9 , e82894- (2014); 10.1371/journal.pone.
• 原著論文5: Udagawa T, Narumi K, Suzuki K, et al.; VEGF-D-mediated blockade of regulatory T cells within tumors is induced by hematopoietic stem cell transplantation; J Immunol , 191 , 3440-3452 (2013); 10.4049/jimmunol.1201454.
• 原著論文6: Suzuki K, Aida K, Miyakawa R, et al.; Pre-immunization of donor lymphocytes enhances antitumor immunity of autologous hematopoietic stem cell transplantation; Cancer Med , 2 , 636-645 (2013); 10.1002/cam4.117.
• 原著論文7: Aoyagi K, Tamaoki M, Nishimura T, et al.; Technical consideration for analyzing EMT-MET data from surgical samples; Cancer Lett , 341 , 105-110 (2013); 10.1016/j.canlet.2013.08.001.
• 原著論文8: Tahara M, Inoue T, Miyakura Y, et al.; Cell diameter measurements obtained with a handheld cell counter could be used as a surrogate marker of G2/M arrest and apoptosis in colon cancer cell lines exposed to SN-38.; Biochem Biophys Res Commun , 434 , 753-759 (2013); 10.1016/j.bbrc.2013.03.128.
• 原著論文9: Narumi K, Udagawa T, Kobayashi A, et al.; In vivo interferon-a gene transfer enhances antitumor immunity afterautologous hematopoietic stem cell transplantation; Gene Ther , 19 , 34-48 (2012); 10.1038/gt.2011.73.
• 原著論文10: Oue N, Noguchi T, Anami K, et al.; Cytokeratin 7 is a predictive marker for survival in patients with esophageal squamous cell carcinoma; Ann Surg Oncol , 19 , 1902-1910 (2012); 10.1245/s10434-011-2175-4.
• 原著論文11: Kikuchi S, Iwai M, Sakurai-Yageta M, et al.; Expression of a splicing variant of the CADM1 specific to small cell lung cancer; Cancer Sci , 103 , 1051-1057 (2012); 10.1111/j.1349-7006.2012.02277.x.
• 原著論文12: Yoshioka Y, Kosaka N, Ochiya T, et al.; Micromanaging iron homeostasis: Hypoxia-inducible miR-210 suppresses iron homeostasis-related proteins; J Biol Chem , 287 , 34110-34119 (2012); 10.1074/jbc.M112.356717.
• 原著論文13: Aoyagi K, Minashi K, Igaki H, et al.; Artificially induced epithelial-mesenchymal transition in surgicasl subjects: its implications in clinical and basic cancer research; PLoS One , 6 , e18196- (2011); 10.1371/journal.pone.0018196.
• 原著論文14: Sano M, Aoyagi K, Takahashi H, et al.; Forkhead box A1 transcriptional pathway in KRT7-expressing esophageal squamouse cell carcinomas with extensive lymph node metastasis; Int J Oncol , 36 , 321-330 (2010); 10.3892/ijo_00000503.
• 原著論文15: Sakamoto N, Oue N, Noguchi T, et al.; Serial analysis of gene expression of esophageal squamous cell carcinoma: ADAMTS16 is up-regulated in esophageal squamous cell carcinoma; Cancer Sci , 101 , 1038-1044 (2010); 10.1111/j.1349-7006.2009.01477.x.
• 原著論文16: Masuda M, Maruyama T, Ohta T, et al.; CADM1 interacts with Tiam1 and promotes invasive phenotype of human T-cell leukemia virus type I (HTLV-I) transformed cells and adult T-cell leukemia (ATL) cells; J Biol Chem , 285 , 15511-15522 (2010); 10.1074/jbc.M109.076653.
• 原著論文17: Narumi K, Kondoh A, Udagawa T, et al.; Administration route-dependent induction of antitumor immunity by interferon-alpha gene transfer; Cancer Sci , 101 , 1686-1694 (2010); 10.1111/j.1349-7006.2010.01578.x.
• 原著論文18: Hashimoto H, Ueda R, Narumi K, et al.; Type I IFN gene delivery suppresses regulatory T cells within tumors; Cancer Gene Ther , 21 , 532-541 (2014); 10.1038/cgt.2014.60.
• 原著論文19: Narumi K, Miyakawa R, Ueda R, et al.; Pro-inflammatory proteins S100A8/S100A9 activate natural killer cells via interaction with a receptor of advanced glycation endproduct; J Immunol , 194 , 5539-5548 (2015); 10.4049/jimmunol.1402301.
• 原著論文20: Ueda R, Narumi K, Hashimoto H, et al.; Interaction of natural killer cells with neutrophils exerts a significant antitumor immunity in hematopoietic stem cell transplantation recipients; Cancer Med , 5 , 49-60 (2016); 10.1002/cam4.550.

公開日・更新日

• 公開日: 2016-06-06
• 更新日: 2018-06-19

収支報告書

• 文献番号: 201313005Z