共同研究・競争的資金等の研究課題

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。

セカンドライン以降の十分な治療戦略が必要とされる尿路上皮癌に対し、転移性尿路上皮癌の化学療法抵抗性へのエピジェネティクスの関与を解明し、エピジェネティクス治療を用いた2次治療を開発する。DNAメチル化の減弱を起こすDNAメチル基転移酵素(DNMT)阻害剤である5-aza-2-deoxycytidine（5-Aza-CdR）による化学療法再感受性獲得の詳細な分子機構について解析を行い、patient derived xenograftモデルを用いて5-Aza-CdR・ CDDP併用治療の安全性と有効性のPOCを確立し、5-Aza-CdR を用いた2次治療としての臨床試験を行う。

超高齢社会に突入した我が国において、抗加齢により健康寿命を延長させることは喫緊の課題となっている。カロリー制限によってニコチンアミドアデニンジヌクレオチド（NAD+）依存性のヒストン脱アセチル化酵素であるサーチュインが活性化されることにより、様々なエピゲノム変化が生じ、長寿遺伝子群が発現していることが予想されている。本研究では、組織幹細胞の3次元培養技術であるオルガノイド培養法により腸管上皮からオルガノイドを樹立し、エピゲノム変化および遺伝子発現を網羅的に解析することで老化の分子機構を解明する。さらに、NAD+前駆体の投与および領域特異的なエピゲノム制御に基づく新たな抗加齢介入の開発を目指す。

本研究は、エピゲノムワイド関連解析 (epigenome-wide association study [EWAS])を基盤とし、検診等の血液検査で難治がんである膵がん発症の高危険群を捕捉するためのリスク診断法を開発することを目的とする。質の高い問診情報・診療情報等の付随した充分数の末梢血検体におけるゲノム網羅的DNAメチル化解析結果を基に、質の高い臨床病理情報の付随した前がん段階にある組織検体におけるエピゲノム解析結果を参照し、血液細胞組成の影響を排除し、DNAメチル化率の精密定量結果に基づいて適切な診断閾値を設定することにより、リスク診断基準を策定する。適切なリスク診断基準が策定できれば、高危険群に集中して高精度画像診断法等を適用し、治癒切除可能な超早期段階での診断を可能にできると期待される (二次予防)。本研究で確立するリスク診断法は、将来の生活習慣改善や化学予防等の介入予防の実現にも資すると期待される (一次予防)。 平成29年度には、平成28年度に組織検体の網羅的解析で同定した前がん段階から末梢膵管上皮で異常を示すCpG部位のDNAメチル化率を、学習コホート血液検体においてパイロシークエンス法等で精密定量している。並行して血液検体においてInfinium解析によってスクリーニングを行うため、PLoS One 11: e0147519, 2016に記載された方法に基づく血球成分組成に関する補正パイプラインを、R言語を基盤として作成し実装した。さらに、模擬データを用い、同パイプラインの性能が十分であることを検証した。血液検体で既に取得したInfinium解析データに、同パイプラインを適用中である。愛知県がんセンターにおいて研究分担者伊藤等が収集した検証コホートの血液検体については、慶應義塾大学における受け入れのための倫理審査を完了し、研究代表者金井の研究室に移送した。 平成28年度末時点で、平成29年度の実施予定項目として挙げていた、先行事業で取得した膵がん142検体-対照277検体のデータの継承と、血球成分組成に関する補正パイプラインの作成と実装、を完了したため。別の多目的コホート (JPHC study)による膵がんを伴わない対照症例の血液検体のInfiniumデータは、予定通り随時参照しつつ解析を進めている。さらに、 検証コホート552検体を確保し、信頼に足る結論を得られる見通しが立った。 候補CpG部位の絞り込みとリスク診断閾値設定を進める。他方で、研究代表者等は、検診機関等にも普及可能な操作性・定量性に優れた高速液体クロマトグラフィーを基盤とするDNAメチル化定量システムを企業と共同研究開発し、国内・国際特許もすでに成立させている。このシステムは、キットを変えることで、諸臓器がんの発がんリスク診断・存在診断・病態診断に適用できる汎用性を備えている。同定したリスク診断閾値をこのシステムに適合させることで、検証コホートの解析を加速させるとともに、予防・先制医療がルーチン化される近い将来、検診に組み込んで発がんリスク診断を社会実装するための基盤を準備する。

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。