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病理組織検体のエピゲノム解析結果に基づいて、NASH由来肝細胞がん症例をクラスタリングする。層別化された各症例群ごとに、ゲノム・エピゲノム・トランスクリプトーム・プロテオーム・メタボローム異常を高頻度にきたす分子を同定し、各層のオミックス異常が有意に集積する分子経路を同定する。これら分子経路内に、各症例群の治療標的候補を同定し、治療標的としての妥当性を、生体内の状況をよく反映する正常肝細胞ならびにNASH由来肝がん細胞オルガノイドによりin vitroで証明する。エピゲノムプロファイルによる症例層別化を再現できるCpG部位を同定して、各症例群の標的治療に対するコンパニオン診断マーカーとする。

本研究は、人工知能 (AI)の支援を受けて病理形態像とゲノム等オミックス情報を融合させ、がんの治療奏効性・有害事象・予後を予測する深層学習モデルを構築することを目的とする。予測時のAIの着眼点を可視化し、形態学的診断基準に翻訳して、病理医が顕微鏡で見るだけでモデルと同等の治療奏効性・有害事象・予後予測を可能にすることを目指す。悪性度が高い腎淡明細胞がんのCpGアイランドメチル化形質 (CIMP)の予測モデルを構築する過程で、病理画像とオミックスデータを統合する至適研究手法を確立し、「病理医とAIの創造的協働による、オミックス情報を統合した新しい病理診断の創出 (病理診断学の革新)」を図る。

本研究の目的は、約500例を目標とする切除不能尿路上皮がんの多施設共同前向き観察研究から得られた組織・血液を用いてエピゲノム解析を行い、1・2次治療に向けた治療効果診断マーカーを開発し、予後不良である切除不能尿路上皮がんの、治療のブレイクスルー創出と治療成績の向上に貢献する。（１）尿路上皮がん手術材料より組織検体を採取し、エピゲノム解析により治療効果予測バイオマーカーを開発すると同時に、その信頼度の前向き検証を行う。新たに開発した診断基準で予後予測し、最適な治療法を目指した医師主導治験等に進むための、基盤となる知見を得る。

Chromatin accessibility was analyzed by the AcceSssIble assay, revealing that the CDDP / GEM-resistant cell lines differ in histone-modified regions compared to the parental strain. It was clarified that the change in chromatin structure due to histone modification contributed to the drug resistance. Comprehensive DNA methylation analysis revealed that resistance was not contributed by genetic changes at a particular site, but by both genome-wide DNA methylation changes and structural changes due to histone modifications. In an in vivo study, low-dose 5-aza-CdR showed a synergistic effect with CDDP administration, and a growth-suppressing effect was also observed in resistant strains.

To elucidate the molecular mechanism of aging, we established organoids from the intestinal epithelium of aging mice and analyzed gene expression changes and epigenomic changes. The organoids from aged mice showed reduced proliferative capacity and tissue building ability. In addition, epigenomic changes led to decreased gene expression of stem cell markers such as Lgr5 and Wnt signaling pathway in organoids from aged mice. In addition, administration of nicotinamide mononucleotide (NMN), an NAD+ precursor, changed the morphology of intestinal epithelial organoids from aged mice to that of young mice and restored the expression of stem cell-related genes, suggesting that NMN increases NAD+ activity and has an anti-aging effect.

The aim of this study was to establish the criteria for risk estimation of pancreatic cancer using blood samples based the research strategy of epigenome-wide association study. Using genome-wide DNA methylation analysis, 46,924 CpG sites showing significant differences of DNA methylation levels between blood samples of individuals who will suffer pancreatic cancer later and age and sex-matched control blood samples and simultaneously showing such differences of DNA methylation levels between pancreatic cancer tissue and normal pancreatic tissue samples were identified. Many of genes showing such DNA methylation alterations in both blood and tissue samples participated in stemness and/or cell proliferation and were potential tumor-related genes. These data indicated that cancer-prone DNA methylation profile can be detected even in blood samples and revealed the feasibility of pancreatic cancer risk estimation using blood samples during health checkup.

我が国の代表研究チームとして国際ヒトエピゲノムコンソーシアム (IHEC)に参画し、日本人検体の諸臓器の正常上皮細胞を純化して、全ゲノムバイサルファイトシークエンシング・ChIP-シークエンシング・RNA-シークエンシング・全ゲノムシークエンシングを実施し、結果をナショナルバイオサイエンスデータベースセンター (NBDC)ならびにIHECデータベースに公開し、国際貢献を果たした。環境要因と遺伝子多型が、DNAメチル化プロファイルの個体差を惹起し、表現型の個体差や疾患易罹患性を規定し得ることを詳細に明らかにした。この研究期間に開発しさらに改良を続けたwet・dryのエピゲノム解析技術を、本研究に直ちに適用できる。 事後評価結果: 2.8点 (3点満点)。総合評価コメント: IHECの日本の代表チームとして大きな貢献を行った。標準エピゲノム解析に加えて、疾患研究としての発展も認められる。以上より、当初計画に照らして期待を上回る優れた成果が得られていると言える。