システム的統合理解に基づくがんの先端的診断、治療、予防法の開発
文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究 （複合領域：４２０１）

稲澤 譲治（研究代表者）
東京医科歯科大学難治疾患研究所分子細胞遺伝学分野 教授

日本の高齢化は急速に進んでいます。総務省の発急速な増殖、浸潤や転移、さらに、抗がん剤への抵抗性

表では、2011年10月時点で日本の人口はおよそ１億（薬剤耐性）など、がんに特異的な悪性の性質（がん特2800万人であり、そのうち65歳以上の高齢者の割合は性）が備わると人を死に至らしめることになります。1個23.3％とのことです。ほぼ4人に1人は65才以上です。のがん細胞が10億 (1x109) 個に増えると、約１cm3のサ

こ の 数字 は 世 界 の中 でも ド イツ （ 20.6 ％） や イタ リア

イコロ程度の大きさのがん腫 (tumor) になります。しかし、（20.3％）を引き離しトップとなっています。がんは生活

例えがん腫がこれ以上に大きくなったとしても、浸潤や習慣病の一つであり年齢とともに発症頻度は高くなりま転移をせずにもとの位置にとどまっていてくれさえすれす。日本人であればその生涯において2人に１人ががんば、外科医の手術によりこれを切除することができます。に罹り、男性であれば3人に1人はがんで人生の幕を閉

また、がんの特効薬が開発できればクスリによるがん治じる時代になっています。がんはまさしく国民病ともいえ療も可能になります。しかし、残念なことに、がんの浸る病気です。このような傾向は欧米の先進国のみならず潤・転移を克服する有効な方法は未だに開発されておら新興国においても同じ傾向をたどっており、人間が健康ず、また、分子標的薬と呼ばれる特効薬も、ごく一部ので豊かな生涯を過ごすために「がん克服」は日本人のみがん腫を除いて開発されていません。

ならず世界の人々にとって解決すべき重要なテーマとなっています。なぜがんが起きるのかという原因を明ら

このように治療を困難にしている転移や再発、ならびかにすることや、その理解に基づいた画期的ながん治にこれらの病態と密接に関連するものとして、「がん幹療法や予防法の開発、さらにがんの性質を見極めるた細胞性」や「上皮-間葉転換（EMT）異常」といったがん特めの診断技術の応用などに大きな期待が寄せられてい性が知られています。これらの現象はがんの病態機構ます。

において時空間的に連続的であるにもかかわらず、従来、その生物学的な解析は独立した位相でとらえられる

私たちの体にがん細胞が出現したとしても、通常は傾向にありました。このため、これらのがん特性に共通免疫などの監視機構が働きこれを排除してくれます。しあるいは特異的な分子機序に関する知見が未だ乏しくかし、この監視の目をすり抜けてしまったがん細胞に、明らかにされていない状況です。
（次ページへ続く）

1

研究の紹介そこで、今回の私たちの研究では、（1）がん幹細胞、EMT制御異常、がん転移の３つの重要な現象についある in vitro/in vivo スクリーニング・検証モデル系については既に独自のモデル系を確立しています。て、 in vitro/in vivo 実験モデル系を独自に確立し、例えば、口腔がん細胞株（HOC313）をマウスの鼠（2）過去10年以上をかけて構築したがんゲノム・エピ径部皮下に移植して腫瘤を形成させ、その腫瘤から腋ゲノムのハイスループット解析系や機能的スクリーニ下のリンパ節や肺などの遠隔臓器に転移する高転移ング系で得たデータをもとに、細胞分化、EMT、浸潤・性クローンを in vivo スクリーニング法で選別を続けま転移に関し3次元に拡張させたがん細胞のシステム変した。その結果、本来の口腔がんの細胞集団の中か化（ネットワーク）のプロファイリングを行い、（3）これにら、極めて強い転移能を有する高転移性株 (HOC313-

エピゲノム情報との統合的な解析を加えてがん関連LM) を選別することができました。これら二種類の「転分子のネットワーク構造の変化とエピゲノム情報との移しにくい親株HOC313」と「転移しやすい亜株関連性を追究し、（4）細胞分化、EMT、浸潤転移など

HOC313-LM」は、もとを辿れば同じ一個のがん細胞にのがん特性に固有のパスウェイを描出します。このよ

起源しており完全に一致する遺伝情報を保有していたうなアプローチに基づく「がん細胞システムの理解」は、はずです。したがって、これら性質の異なる二種類の細胞の自己再生・増殖、浸潤・転移、薬剤耐性・細胞細胞株の間の遺伝学的な差異やその結果引き起こさ休止（dormancy）、がん幹細胞性などの分子機構をシれる分子ネットワークの変調や、あるいは細胞コンテステムとして理解することにつながるだけでなく、がんキストの状態を明らかにすることで、転移性亜株が何細胞システムの背後にあるがん細胞の脆弱性の理解故、浸潤能や転移性を獲得するに至ったかの分子メカにも至り、結果、従来のアプローチでは不可能であっニズムを解き明かすことが可能になるはずです。そのた難治がん克服の新たな治療戦略情報を導き出すこ「解」を得ることは、また、浸潤・転移を防ぐ薬剤の開発とができるものと期待をしています。にも直結することになります。「転移を制する者はがん私たちのこの研究を推進するうえで極めて重要でを制す」というある外科医の名言があります。私たちのIn vivo セレクション法による高転移性株の樹立

2親株

高転移株

【左】口腔がん細胞の親株や紡錘形でシャーレ底面に付着して増殖。
【右】皮下移植のがん細胞を蛍光発色して観察した。腫瘤は左鼠径部に限局。

【左】分離した口腔がん高転移株は円形・浮遊傾向で活発に増殖。
【左下】摘出肺には無数の転移腫瘤を観察。
【右】腫瘤は左鼠径部で大型で、右鼠径、両腋下、両肺に転移。

研究の紹介取り組みの中からがん浸潤・転移の新しいメカニズ

次に、これを利用して数百種類もの中から新しいTS-ムが解明され、その情報をもとに特効薬開発に繫がmiRを探し出すという作業を進めました。

る糸口が見出されるのではと楽しみにしています。

その結果、327種類のmiRNA配列から、がんに次に、最近の成果をお話しします。ゲノムDNAに特異的なDNA過剰メチル化より発現が抑制される

書き込まれた遺伝情報はまずRNAという分子に転写

miR-218とmiR-585を口腔がんのTS-miRとして同定され、これを鋳型に蛋白質への翻訳が行われます。

することに成功しました。引き続き同様の方法で子さらに、この蛋白分子が種々の修飾を受けて様々な宮体がんにおいても、新たなTS-miRNAとしてmiR-機能を発揮することで複雑な生命現象が実に当たり152をみつけることに成功しました。とても興味深い前の如く営まれています。最近、蛋白質に翻訳されことに、口腔がんで見出されたmiR-218と子宮体がることなく機能を発揮するRNAの存在が注目されてんで見出されたmiR-152はいずれもRictorをという分きています。中でも22塩基程度の極めて短いマイク子を標的にしており、これを抑制することで、細胞増ロRNAの機能の変調ががんの発症に係わっている殖のシグナル伝達に重要な[Rictor-mTOR-AKT]の経事実が次々と明らかにされてきています。このがん路を負に制御していることを明らかにしました。即ち、関連マイクロは、がん細胞の増殖にとってアクセルがん特異的過剰DNAメチル化によって不活性化との働きをする「がん遺伝子型マイクロRNA」と、ブレーな っ た miR-218 、 miR-152 は 、 結 果 的 に [Rictor-キの働きをする「がん抑制遺伝子型マイクロRNA」にmTOR-AKT]シグナル経路を活性化し、がん細胞を増別けることができます。がん抑制遺伝子型マイクロ殖へと導くことになるわけです。そこで、子宮体がんRNA（TS-miR）は、がん細胞において何らかの機序で細胞株を移植したSCIDマウスへのmiR-152投与実機能を消失していることが知られています。そこで、験を行い、合成二本鎖TS-miRを用いたマイクロRNA

もし適当なTS-miRを見つけ出し、これをがん細胞の補充療法が子宮体がんの新規の治療法として期待中に戻して機能を回復させてやるとがん細胞の増殖できる可能性を示しました（図参照）。その結果、合を抑えることができる可能性が出てきました。新しい成二本鎖miR-152は明らかに腫瘍抑制効果を発揮部品を補充してブレーキの働きをもどす治療法です。

し、マイクロRNA 補充療法の治療法としての可能性

そこで、私たちの研究グループは、まず最初に、がが示されました。

ん抑制性マイクロRNAのスクリーニング法を確立して、

文献 ・ Uesugi A. et al., Cancer Res, 71:5765-78, 2011
・ Tsuruta T. et al., Cancer Res, 71:6450-62, 2011

Regulation of mTOR-Akt pathway by miR-218 and miR-152

~~

ｄｓNC

0.40

ｄｓmiR-152

Cell growth

Glycogenmetabolism

0.6

ｄｓNC

Survival

Motility

0.8

ｄｓmiR-152

Translation

1.0

ｄｓNC

mTOR

1.2

PI3K-Akt signal

ｄｓmiR-152

Raptor

Sacrificep <0.05

1.4

ｄｓmiR-152

Akt

Subcutaneous injection of human
EC cell line, HEC-1(Days)
21 28 33

ｄｓNC

mTOR-Akt signal

P14

Treatment with 1 nmol ofdsRNAs (Ambion Austin, TX) in
100 µl of AteloGene (KOKEN,Tokyo, Japan)

P
PI3K PPPIK3CAPIP2PTENP PDK1 PPSer473

P

PIP30Tumor weight (g)

mTOR

EGFR

miR-152

Rictor

皮下移植腫瘍への増殖抑制効果

EGF

DNA hypermethylation

miR-218

miR-152 の皮下投与による SCID マウス

3がん細胞でドライバー変異を起こしている遺伝子の同定法の確立
横田 淳（研究代表者）
国立がん研究センター研究所多段階発がん研究分野

私が初めてヒトがん細胞からDNAを抽出してゲノけられています。当時、ゲノム異常の解析法としてはム異常の解析をしたのは1982年です。その年は、サザンブロット法が主流で様々ながん遺伝子のプ細胞の悪性形質転換を起こすがん遺伝子として点ローブをハイブリダイゼーションするたびに何か見つ突然変異しているHRAS遺伝子やKRAS遺伝子が同からないかと期待して暗室でフィルムを現像していま定され、白血病や大腸がんの細胞株では増幅、リンした。しかし、１枚のゲルで解析できるのは１０～１５

パ腫では転座している遺伝子としてMYC遺伝子が同例くらいで、結果としても遺伝子の増幅か再構成が定され、ヒトがん遺伝子が発見された年として位置づ見られるだけで、変異を検索するには更にゲノム

肺小細胞がんのドライバー変異遺伝子の同定
様々なゲノム解析法の結果を統合したシステム的アプローチによって予後不良な肺小細胞がんのドライバー変異遺伝子を同定し、新たな分子標的治療法の開発を目指す

コピー数変化・LOH
Affy 250k SNP array

遺伝子発現プロファイル
Affy U133+ｖ２ array,

変異遺伝子
全エクソームシークエンス

転座・融合遺伝子
全トランスクリプトームシークエンス

ゲノム異常に起因して発現変動しているドライバー変異遺伝子の同定

臨床病理学的意義と生物学的意義を明らかにして新たな治療法の開発研究へ発展させる

4

DNA断片をクローニングして配列を読まなければなりませんでした。まだPCRすらなかった時代ですから一つの遺伝子の変異解析に１年近く掛かっていました。あれから30年経った今、私はまだがん細胞のゲノム異常を解析しています。しかし、今は全ゲノム、全遺伝子に関して、増幅・欠失・転座（融合）・変異などの情報が得られます。したがって情報量も莫大になり、もはや１人の研究者だけで研究を完遂することはできなくなりました。そんなときに新学術領域「システムがん」が新たな研究組織として立ち上がったのは正に時を得ていました。この組織の他の研究者との共同研究を推進して、ヒト肺がん細胞でドライバー変異を起こしている遺伝子の同定法を確立していこうと考えています。そして、これからもがんの臨床でも役に立つ情報を少しでも多く発信していこうと思っています。
昨年度は肺腺がんに関して多くの情報を発信することができました。今年度は肺がんの中でも最も予後不良で未だに分子標的となるようなゲノム異常が一つも同定されていない肺小細胞がんを対象に研究を進めていきます。肺小細胞がんは手術で根治することが難しく、抗がん剤や放射線で治療しても半数の方々は１年以内に亡くなってしまいます。内科医として働いた経験のある私にとっては何とか予後改善の糸口を見つけたいと言う思いで研究を行っていますが、皆さんの協力をいただいて、分子標的となり得るドライバー変異遺伝子の同定を目指しますので、今後ともよろしくお願いいたします。

5がん治療抵抗性のシステム的解析―がん細胞のストレス応答の違いから、副作用のない新規治療を探す―
北嶋 繁孝（研究代表者）
東京医科歯科大学難治疾患研究所遺伝生化学分野「生命の設計図」である遺伝情報は、適切な場所と時期に正確な量だけ読み取られますが、その基本的な仕組みは分子生物学の進歩とともに理解が進みました。同時に、最近のヒトゲノムの解読と大規模ゲノム解析技術の進歩は、単独の遺伝子の働きにとどまらず、細胞全体を俯瞰し遺伝子の互いの関わり前列右から2人目が研究代表者（北嶋）(御茶ﾉ水駅を見下ろす、M＆Dタワー19階の遺伝生化研究室にて撮影)合いを解析する「システムズ解析」を可能としました。
抗がん剤や放射線によるがん治療を考えた場合、実は、がん細胞の中で複数のストレス応答転写因子

私どもの研究室では、これまで細胞応答の遺伝が活性化されています。それらの指令が互いに組み子発現制御の研究から、ストレス応答に関与する転合わさって、DNA修復や代謝、細胞転移、細胞死な写因子の下流標的遺伝子を網羅的に解析して来まどを制御して治療効果を決定していると考えられました。その結果、１つのストレス刺激（例えば抗がんす。また、がん細胞のストレス応答の違いが「がんの剤）に対応する少なくとも９つの転写因子から成る悪性度」を決めている例も知られており、望まない抗ネットワークを見出し、それによって数千単位の遺伝がん治療の副作用につながっていることもあります。

子の発現が制御されていることを明らかにしていま

6ストレス誘導のシステム解析からがんを理解し治療に役立てる
がん細胞、モデルマウスの実験**

細胞レベル、モデルマウスの実験とスーパーコンピューターを駆使した大規模データ解析によるネットワーク、システムの動的モデリングから、正常細胞 ｖｓ がん細胞のストレス応答の違いを系統的に知り、治療に役立てる

大規模データによるストレスネットワーク

がんを理解し治療する
がんの分子標的薬の開発
薬剤効果を最大限引き出し
同時に正常細胞への副作用を防ぐす（GEO no: GSE1 8457）。そこで、もし、これらの複ると考えられるようになってきました。ATF3は二面的雑な応答を「システムズ解析」を用いて理解することな働きをしているわけです。この逆の働きが、がん治が出来れば、より効果的でしかも副作用の少ない新療にどのように関わっているのかを知り、その遺伝たな抗がん治療を見出すことができると考えて研究情報の流れを治療に役立てればと思っています。

を進めています。

本研究ではがん細胞と正常細胞のストレス制御ネッ

ストレス応答bZip型転写因子ATF3は、細胞のストトワークの違いと特性を、システムズ・バイオロジーレスセンサーの一つですが、発がんやがん細胞死との統合的視点に基づいて理解しようとしています。

関連する紫外線・DNA損傷・酸化・低酸素・小胞体ス細胞、マウスを用いたベンチワークと数学的手法をトレスなど広範な刺激によって誘導され、p53と協調用いた解析との複合的な試みによって、「がん」をスしてがん抑制に働きますが、私どもは、ATF3が発がトレス応答の切り口から解析し、これまで見えなかっん遺伝子c-mycやWnt、TGF-bなどのがん進展因子のた新たながん治療戦略を確立して、難治がん医療に下流標的遺伝子としても働くことも見出だしています。

貢献したいと研究室全員一丸となって研究に励んでつまり、ストレス応答に関わる転写因子は、がんのいます。

細胞死と細胞増殖という相反する機能に関わってい7

システムがんの研究内容、構成研究者情報、発表論文、研究集会などの詳しい情報はこのWebサイトでご覧ください。

システムがんの研究成果、世界のがん研究、研究拠点、学会情報など最先端な話題をつぶやいています。

システムがんで用いられるデータ解析ソフトウェアは、ヒトゲノム解析センターのスーパーコンピュータで動いています。スーパーコンピュータはどなたでもご利用になれます（有償）。

大容量のディスク装置

普通のユーザーはパソコンのスペックをあまり気にしなくなり、そもそも家庭の中でそれほどパソコンでなければならない作業も減りつつあるけれど、それはいわゆる IT 機器がひろく一般化したためのことで、そういった物の存在はクラウド的に、役割はサービスとしてしみこむように増え続けている。ヒトゲノムシークエンシングはこの環境に絡みながら、いかにして一般化していくか、見ものである。

8高密度の計算機

新学術領域研究「システムがん」ニュースレター No.５
発行日★平成２４年７月１日 （初版） 、７月２日 （第二版） 、７月８日 （第三版）
発行★システム的統合理解に基づくがんの先端的診断、治療、予防法の開発
領域代表者★宮野 悟
 東京大学医科学研究所 ヒトゲノム解析センター DNA情報解析分野
 〒108-8639 東京都港区白金台4-6-1
 TEL: 03-5449-5615 FAX: 03-5449-5442
 E-mail: miyanolab-jimu@edelweiss.hgc.jp
編集★サトウアユ