636

特 集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学

Topics 4
次世代シークエンサーを用いた肺癌ゲノム解析と個別化治療

角南久仁子a,b/ 河野隆志a

要旨：近年，肺癌でいくつもの肺発癌ドライバー遺伝子異常が同定され，それに対する個別化治療の拡大が試みられている．新たなドライ
バー遺伝子異常の同定には遺伝子解析技術が進化し一度に大量の遺伝子解析が可能になったことが大きく貢献している．特に肺腺癌ではゲノム解析が進み，最近では RET，NRTK1，NRG1 融合遺伝子などが次世代シークエンサーを用いた解析により相次いで発見された．
RET融合遺伝子に関しては，現在，日本全国規模での遺伝子スクリーニングを行うことによって，RET遺伝子融合陽性肺癌の個別化治療を目指した臨床研究が行われている．本稿では，肺癌個別化治療拡大を目指したゲノム解析について述べる．
キーワード：次世代シークエンサー，個別化治療，ドライバー遺伝子異常，クリニカルシークエンス
Next-generation sequencer, Personalized therapy,
Driver gene aberration, Clinical sequencing

連絡先：河野 隆志〒104‑0045 東京都中央区築地 5‑1‑1ａ

国立がん研究センター研究所ゲノム生物学研究分野

ｂ

同 中央病院呼吸器内科（E-mail: tkkohno@ncc.go.jp）

特集

はじめに：遺伝子異常に基づく
肺癌の個別化治療

明日の診療に役立つ細胞分子生物学

637

いた大規模な癌ゲノム解析は，治療標的となるドライ
バー遺伝子異常の同定の有力な手段である．肺癌の主な組織型について，全ゲノム，RNA，エクソンシークエンスや，キナーゼ遺伝子など特定の遺伝子のみに特化した肺癌の治療は，分子標的治療薬の登場によって大きく変化した．その先駆けとなったのが 2002 年に我が国で承ターゲットシークエンスが進められ，いくつかの治療標的候補が見いだされてきている（表 1）．

認された epidermal growth factor receptor（EGFR）チ
ロシンキナーゼ阻害薬の geﬁtinib である．その後，2004年に EGFR 遺伝子活性化変異が最大の効果予測因子とし肺癌のゲノム解析て発見され，変異陽性患者に対する EGFR チロシンキナーゼ阻害薬の劇的な治療効果を目の当たりにして以降，ドライバー遺伝子異常の同定とそれに対する分子標的治療薬の開発が盛んとなっている．

1．肺 腺 癌
腺癌は肺癌のなかでも最も大きな割合を占める組織型である．その患者数の多さから肺癌のなかでゲノム解析

ドライバー遺伝子異常によって細胞内シグナル伝達のが最も進んでおり，前述のように多くのドライバー遺伝活性化が生じると，癌細胞がこれらの遺伝子の活性化に子異常が見つかっている．これらの遺伝子異常は相互排依存した状態，つまり癌遺伝子中毒（oncogene addiction）他的に生じて癌遺伝子中毒の状態をつくり出している．

状態となる．そのため，異常ドライバー遺伝子産物の活著者らは，既知のドライバー遺伝子異常のない肺腺癌患性を阻害する分子標的治療薬は従来の殺細胞性抗癌剤よ者を対象として，次世代シークエンサーを用いた全RNAりも高い治療効果を示す．治療選択においても，ドライ配列の解読を行い，RET 遺伝子と他の遺伝子（KIF5B）バー遺伝子変異の有無を知ることが重要であり，患者検との融合による活性化が肺腺癌の 2％で生じていること

体の遺伝子検査を行い治療標的となりうるドライバー遺を明らかにした1）．特徴として，比較的若い非喫煙者に多伝子異常があれば，それを標的とした分子標的治療薬がく，病理組織学的には EGFR 陽性肺腺癌に類似点がみら選択される．よって肺癌は，遺伝子情報に基づいた個別

れた2）．また化治療が部分的に実現している癌である．

ゼ阻害薬に感受性であることが示唆された（表 1，図 2）．

試験で，融合陽性癌は RET キナー

前述の EGFR 遺伝子活性化変異のほかにも ALK 遺伝

この結果から，我が国で RET 遺伝子融合陽性肺癌患者

子融合，KRAS 遺伝子活性化変異，BRAF 遺伝子活性化を対象に，vandetanibの第II相臨床試験が開始されてい変異，ROS1 遺伝子融合，RET 遺伝子融合などがドライる．また，海外でも cabozantinib（XL184），lenvatinib

バー遺伝子異常として同定されており，分子標的治療薬（E7080）などの第 II 相臨床試験が行われている．の開発が進んでいる（図 1）．次世代シークエンサーを用

図1

がん研有明病院の Takeuchi らは，FISH 法を用いた染

日本人におけるドライバー癌遺伝子の異常と治療薬（候補含む）
．

638

日呼吸誌

Topics 4

表1
組織型

3（5），2014

主な肺癌ゲノム網羅的シークエンス解析

地域

検体数

日本
北米
韓国

30
24200

全 RNA
ターゲット
全 RNA

北米

183

全ゲノム，全エクソン

北米
日本
ドイツ
日本

36
97
102
32

ターゲット
全エクソン
全 RNA
全 RNA

扁平上皮癌 北米

178

全ゲノム，全エクソン

韓国

104

全エクソン

欧州

29

米国
日本

53
56

全ゲノム，全エクソン，全RNA CREBBP，EP300，MLL 遺伝子変異，FGFR1 遺伝子の増幅
全ゲノム，全エクソン，全RNA 変異 22 遺伝子，SOX2 遺伝子の増幅
全 RNA
KIAA1432 遺伝子増幅

腺癌小細胞癌

シークエンシング手法

図2

結果の概要

論文RET 融合遺伝子
Kohno，2012
RET 融合遺伝子
Lipson，2012
ARID1A，SMARCA4 遺伝子変異，ALK，RET， Seo，2012
ROS1，FGFR2，AXL，PDGFRA 遺伝子融合
U2AF1，RBM10，ARID1A 遺伝子変異，EGFR， Imielinski，2012
SIK2 遺伝子構造異常
NTRK1 融合遺伝子
Vaishnavi，2013
EGFR，KRAS 遺伝子変異など
Suzuki，2013
NRG1 融合遺伝子
Fernandez-Cuesta，2014
NRG1，ERBB4，BRAF，RET 融合遺伝子
Nakaoku，2014
TP53，NFE2L2，KEAP1 経路やPI3K経路遺伝子 TCGA，2012
変異
上記と同様な遺伝子変異 FGFR3-TACC3 融合遺 Kim，2014
伝子

遺伝子融合と各阻害薬を用いた治療．

Peifer，2012
Rudin，2012
Iwakawa，2013

特集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学，，，

図3639ともに陽性）

RET遺伝子融合陽性肺癌患者スクリーニングと多施設共同第II相医師主導治験．

色体異常の解析を起点として，上記 RET 遺伝子融合に的治療薬のうち肺腺癌ほど有効なものはない．しかし加えて，ROS1 癌遺伝子の融合による活性化が非喫煙者

2010 年に FGFR1 遺伝子の増幅が扁平上皮癌の 5〜20％女性を中心に肺腺癌の 2％で生じていることを見いだしにみられ，た ．ROS1 蛋白質のキナーゼドメインの構造は ALK 蛋が報告されて以降，治療標的として FGFR 遺伝子群が注白質と似ていることから，ALK蛋白質キナーゼ阻害薬で目されている8）．FGFR2 および FGFR3 遺伝子活性化変4）．この結果等をあるcrizotinibが阻害効果をもつ（図 2）

異や FGFR3 遺伝子融合が相次いで報告されており9）10），

受け，ROS1 遺伝子融合陽性肺癌患者に対するcrizotinib

頻度はいずれも 3％程度と低いが FGFR 阻害薬での治療の第 II 相試験が進められている．

効果が期待される（表 1）．現在，各国でFGFR阻害薬の3）

その他のドライバー遺伝子異常としては，米国からNTRK1 癌遺伝子融合が発表されている5）．既知のドライで FGFR 阻害薬に感受性を示すこと臨床試験が行われており，結果が待たれる．
3．小細胞癌

バー遺伝子異常のない肺腺癌患者の 3％にこの遺伝子融

小細胞肺癌に対してもゲノム解析は行われているが，合が認められたとの報告であるが，米国の他のグループ

TP53，RB1 といった癌抑制遺伝子の失活変異，MYC 癌や日本を含めアジアのグループでの検討では検出されて遺伝子群の増幅が主体であり，治療標的となりやすいキいないことから，頻度については 3％よりも低い可能性

ナーゼ遺伝子の活性化異常は少ない（表 1）．MYC 遺伝が考えられる．

子増幅に対してはで Aurora B キナーゼ阻害薬がまた，著者らやドイツのグループによって，高悪性度効果を示したという報告があり，今後の治療への応用がの肺腺癌である浸潤性粘液腺癌（invasive mucinous ade-期待される11）．また，ヒストンアセチル化酵素CREBBP/nocarcinoma：IMA）では，NRG1 遺伝子など複数の癌遺CBP や E300 の機能失活変異も認められており，これら伝子の融合が生じていることが明らかになった ．NRG1を標的とした治療開発も待たれる12）．

6）7）

遺伝子融合陽性の癌では，NRG1 融合蛋白質が HER2/ERBB2-HER3 蛋白質ダイマーを介した細胞内シグナル伝達を活性化していることから，HER2/ERBB2 阻害薬

治療標的となる遺伝子異常の診断が効果を示す可能性があり，今後の臨床への応用が期待される．
2．扁平上皮癌

治療選択のために，患者検体を用いて治療標的となりうる遺伝子異常を診断するクリニカルシークエンスが国

扁平上皮癌は腺癌と比べてドライバー遺伝子異常の解内外で開始されている．特に次世代シークエンサーは，明が進んでおらず，現在我が国で承認されている分子標同時に複数のドライバー遺伝子異常を高感度に診断する

640

日呼吸誌

Topics 4

表2

EGFR，ALK 分子標的治療薬に対する獲得耐性機序治療標的遺伝子

耐性の原因

EGFR

頻度（％）

標的遺伝子の変化 2次変異
（T790M，L747S，T854A， 50〜60
L747S）

他遺伝子の変化

その他の変化3（5），2014

論文

ALK

頻度（％）
22〜36

Pao，2005; Balak，2006; Bean，2008; Choi，2010; Sasaki，2011

7〜18

Sequist，2008; Doebele，2012

増幅

82 次変異（L1196M，L1152R，C1156Y，G1202R，S1206Y，G1269A，1151Tins）
増幅

BRAF 変異（G469A，V600E）

1EGFR 活性化

44

CRKL，HER2，HER3，MET増
幅20〜30KIT 増幅15IKB，HGF 過剰発現

50〜60

Ohashi，2012; Sasaki，2011;
Katayama，2012
Cheug，2012; Takezawa，
2012; Zhou，2006; Engelman，
2007; Katayama，2012
Bivona，2011; Yano，2008

上皮間葉転移小細胞肺癌への形質転換

3〜142〜14

Thomson，2005
Zakowski，2006

ことを可能にすることから，期待度が高い．いくつかの名づけられている．Vandetanib は，RET 遺伝子の点変機関や Foundation Medicine 社などの検査企業でクリニ異が高率に生じる甲状腺癌の治療薬として米国 FDA でカルシークエンスが開始され稼働中であり，患者検体を承認を受けており，RET遺伝子融合陽性肺癌患者に対し用いた遺伝子の変異・融合・増幅などの検出が行われ，ても治療効果が期待されている．RET遺伝子融合以外に治験薬や承認薬の投与の参考にされている ．

も，次世代シークエンサーでBRAF遺伝子変異等の解析

13）

ここでは国立がん研究センターが共同研究として（以も行っており，BRAF 阻害薬の治験へと試みは拡大して

下 1）もしくは施設内（2）で実施している 2 つの取り組いる14）15）．

みについて紹介する．

2．NCC オンコパネル解析

1．LC-SCRUM-Japan（Lung Cancer Genome

LC-SCRUM は国内初の大規模なクリニカルシークエ

Screening Project for Individualized Medicine

ンスであるが，凍結検体を必要とする点など今後広く臨in Japan）

床に応用していくにあたっては検討を要する部分もある．

RET 遺伝子融合や ALK 遺伝子融合，ROS1 遺伝子融凍結検体は良質な RNA を得るため必要であるが，日常合，BRAF遺伝子活性化変異といった，頻度が 1〜3％と診療では検体の保存はホルマリン固定パラフィン包埋で低いドライバー遺伝子異常を効率的に見つけるために構行われている．国立がん研究センターでは，ホルマリン築された遺伝子検査システムである（図 3）．全国 150 以

固定パラフィン包埋標本から抽出したゲノム DNA を用上の参加施設から，EGFR 遺伝子変異陰性の肺腺癌患者いて，約 100 個の癌関連遺伝子の変異・融合・増幅の検を対象として検体を収集しクリニカルシークエンスを施出を進めている．

行している．

進行・再発固形腫瘍患者のホルマリン固定パラフィン

解析方法として RT-PCR 検査を行うため，組織検体は包埋検体から DNA を抽出し，100 個の癌関連遺伝子の凍結保存，胸水などの液状検体は 4℃で保存され，検査ゲノム領域をゲノムキャプチャー法で濃縮し，次世代企業に提供される．検体からRNAを抽出し，RT-PCR検シークエンサーでシークエンスデータを得ている．シー

査を行い，陽性例については同時に提供されるホルマリクエンスの結果，治療効果と関連するような遺伝子異常

ン固定パラフィン包埋切片（胸水ではセルブロックを作を認めた場合は，承認薬があれば対応する分子標的治療製）を用いて FISH による確定検査が行われる．

薬を，ない場合はより効果が期待できる治験への参加な

RET遺伝子融合陽性が確定した症例は適格条件を満たせばvandetanibの第II相試験への登録を行っている．この試験は医師主導治験という形で行われており，LURET試験（Lung Cancer with RET rearrangement study）とど，数多くの治療標的遺伝子異常に対する個別化治療をより幅広く進めることを目指している．

特集

明日の診療に役立つ細胞分子生物学

641ysis. Br J Cancer 2014; 110: 1571‑8.

分子標的治療薬の耐性の研究

3）Takeuchi K, et al. RET, ROS1 and ALK fusions in

遺伝子異常を標的とした分子標的治療薬による治療に

4）Awad MM, et al. Acquired resistance to crizotinib

ついてこれまで述べてきたが，分子標的薬に対して最初

from a mutation in CD74-ROS1. N Engl J Med 2013;

lung cancer. Nat Med 2012; 18: 378‑81.

は奏効しても，奏効期間には差があるもののいずれは必ず耐性を獲得してしまう．この耐性の克服は分子標的治療の最大の課題である．

368: 2395‑401.
5）Vaishnavi A, et al. Oncogenic and drug-sensitive
NTRK1 rearrangements in lung cancer. Nat Med

これまで，EGFR チロシンキナーゼ阻害薬や ALK キナーゼ阻害薬について，数々の耐性機序が報告されてきている（表 2） が，未解明の部分も残る．

2013; 19: 1469‑72.
6）Fernandez-Cuesta L, et al. CD74-NRG1 fusions inlung adenocarcinoma. Cancer Discov 2014; 4: 415‑

16）
17）

米国のグループは EGFR チロシンキナーゼ阻害薬感受22.

性細胞株と耐性細胞株を，全ゲノムシークエンスまたは

7）Nakaoku T, et al. Druggable oncogene fusions in in-

全エクソームシークエンスすることで，複数の領域で各vasive mucinous lung adenocarcinoma. Clin Cancer

耐性株に共通するコピー数変化があることを報告しておRes 2014; 20: 3087‑93.

り ，今後，次世代シークエンサーを用いたさらなる網8）Weiss J, et al. Frequent and focal FGFR1 ampliﬁca-羅的解析によって新たな耐性機序が明らかにされるかも

tion associates with therapeutically tractableしれない．

FGFR1 dependency in squamous cell lung cancer.

18）

Sci Transl Med 2010; 2: 62ra93.

おわりに9）Liao RG, et al. Inhibitor-sensitive FGFR2 and本稿では肺癌のゲノム解析による個別化治療の現状と10）Kim Y, et al. Integrative and comparative genomic

今後の展望について紹介した．治療標的となる遺伝子異analysis of lung squamous cell carcinomas in East

FGFR3 mutations in lung squamous cell carcinoma.
Cancer Res 2013; 73: 5195‑205.

常について，頻度の低いものでも効率的に検出して治療

Asian patients. J Clin Oncol 2014; 32: 121‑8.に結びつけられる体制づくりが個別化治療の拡大に必須

11）Peifer M, et al. Integrative genome analyses identifyであると思われる．また，ドライバー遺伝子異常陰性のkey somatic driver mutations of small-cell lung can-

肺腺癌や扁平上皮癌に関しては，BRG1/SMARCA4 遺伝

cer. Nat Genet 2012; 44: 1104‑10.

子の欠損がみられ，これらの癌を特異的に殺傷するよう

12）Sos ML, et al. A framework for identiﬁcation of ac-な合成致死治療法の提案が，著者らを含め相次いで報告

tionable cancer genome dependencies in small cell

されている．今後は，活性化癌遺伝子の阻害だけでなく，lung cancer. Proc Natl Acad Sci USA 2012; 109:

より広い観点での治療法の開発が行われていくことを期

17034‑9.

待したい13）Frampton GM, et al. Development and validation of．

19）
20）

a clinical cancer genomic profiling test based on
著者のCOI（conﬂicts of interest）開示：河野隆志；研究費・助成金（第一三共製薬）．他は本論文発表内容に関して特massively parallel DNA sequencing. Nat Biotech
2014; 31: 1023‑31.
14）Kohno T, et al. RET fusion gene: translation to per-に申告なし．

引用文献
1）Kohno T, et al. KIF5B-RET fusions in lung adenocarcinoma. Nat Med 2012; 18: 375‑7.
2）Tsuta K, et al. RET-rearranged non-small-cell lungcarcinoma: a clinicopathological and molecular anal-

sonalized lung cancer therapy. Cancer Sci 2013; 104:1396‑400.
15）Kohno T, et al. RET and other genes: therapeutictargets in lung adenocarcinoma. Lung Cancer Manage 2014; 3: 219‑26.
16）Curtis R Chong et al. The quest to overcome resis-

642

Topics 4

日呼吸誌

3（5），2014tance. Genome Res 2013; 23: 1434‑45.

tance to EGFR-targeted therapies in cancer. Nat
Med 2013; 19: 1389‑400.

19）Oike T, et al. A synthetic lethality-based strategy to17）Justin F, et al. Emerging Paradigms in the Develop-treat cancers harboring a genetic deﬁciency in thement to Resistance to Tyrosine Kinase Inhibitors inchromatin remodeling factor BRG1. Cancer Res
2013; 73: 5508‑18.

Lung Cancer. J Clin Oncol 2013; 31: 3987‑96.
18）Peilin J, et al. Next-generation sequencing of paired20）Hoﬀman GR, et al. Functional epigenetics approachtyrosine kinase inhibitor-sensitive and -resistantidentiﬁes BRM/SMARCA2 as a critical synthetic

EGFR mutant lung cancer cell lines identiﬁes spec-lethal target in BRG1-deﬁcient cancers. Proc Natltrum of DNA changes associated with drug resis-Acad Sci USA 2014; 111: 3128‑33.

Abstract
Next-generation sequencer-based lung cancer genomics and its translation to precision medicine
Kuniko Sunami a,b and Takashi Kohno a
Division of Genome Biology, National Cancer Center Research Instituteb
Department of Thoracic Oncology, National Cancer Center Hospitala

Identification of druggable oncogene aberrations driving lung carcinogenesis has facilitated personalized therapy oflung cancer. The identification has been achieved by recent progress of large-scale genome analysis technologies. Notably,
oncogenic RET, NRTK1, and NRG1 fusions were identified as novel therapeutic targets in lung adenocarcinoma by nextgeneration sequencer-based genome/transcriptome analyses. A nationwide genomic screening system was established inJapan for developing personalized therapy of advanced non-small cell lung cancer with RET fusion. In this chapter, we
describe the current challenge in developing personalized therapy of lung cancer.