金井弥栄教授グループ

1. 研究に対する基本的な考え

 当研究室は、外科病理診断の実践を通して得た着想を基盤に、診療に還元し得るリアリティーのある疾患研究の遂行を目指します。自ら病理診断を行った諸臓器がんの病理組織検体等において、エピゲノム解析を主体とする多層的オミックス解析を展開し、がん等の疾患発生の分子機構を解明し、がんの生物学的特性がいかに決定されるかの理解を進めます。発がんリスク診断・がんの早期診断・病態診断・予後診断・コンパニオン診断法を開発するとともに、がん予防・治療の適切な分子標的候補を同定することを研究の目的とします。

 

2. 多段階発がん過程におけるエピゲノム異常

 ジェネティック機構不可逆的な遺伝子変異)のみでは、顕微鏡的に観察されるがんの多様性を充分には説明できないことから、我々は、当該研究領域の黎明期から、発がんのエピジェネティック機構 (特にDNAメチル化異常)に着目してきました。DNAメチル化を受けるがん抑制遺伝子がRb・VHLのみしか知られていなかった当時、ヒトのがんにおいてCDH1がん抑制遺伝子がDNAメチル化とヘテロ接合生喪失 (LOH)の2ヒットで不活化される事実を初めて報告しました (Proc Natl Acad Sci USA, 92: 7416, 1995)。世界的な動向に先駆けて、ウイルス等の持続感染等を伴う慢性炎症や喫煙等の背景要因を伴う諸臓器の前がん状態・前がん病変において、DNAメチル化異常が好発することを指摘しました (Jpn J Cancer Res, 87: 1210, 1996等)。以後も多数の病理組織検体における解析を蓄積し、前がん段階で起こったDNAメチル化異常ががんに継承され、がんの臨床病理像や症例の予後を規定することを明らかにしました。蓄積した知見は、Front Genet, 5: 24, 2014等のsolicited review articlesにまとめています。

 

3. 国際コンソーシアムへの貢献

 エピジェネティック情報(DNAメチル化やヒストン修飾等をゲノム網羅的に解析することを、エピゲノム解析と称します。我が国に加えカナダ・米国・EU諸国・韓国等が協議し、組織・細胞特異的なあるいは人種・環境要因に基づくエピゲノムの多様性を把握し、人類共有の研究基盤としてのエピゲノムデータベースを構築するため、国際ヒトエピゲノムコンソーシアムhttp://www.ihec-epigenomes.org/) が創設されました。我々は、日本医療研究開発機構 (AMED)のCREST研究事業の支援を受け、我が国の代表研究チームとしてIHECに参画しています (図1)。国立がん研究センター・九州大学・東京大学の研究者と共同し、日本人の手術検体より採取した肝・大腸・胃・腎の正常上皮細胞等において、次世代シークエンサを用い全ゲノムバイサルファイトシークエンシング・クロマチン免疫沈降 (ChIP)-シークエンシング・RNA-シークエンシング等を実施しています (図2)。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)等から公開して国際貢献を果たすとともに、得られた正常細胞等の標準エピゲノムプロファイルと比較することで疾患特異的エピゲノムプロファイルを同定し、がん等の本態解明研究に役立てたいと考えています。CREST/IHECの研究の詳細は、http://crest-ihec.jpをご覧ください。また、我々の研究チームが主体になって、IHECの年次総会“IHEC Science Day & Annual Meeting 2015”を東京で開催いたしますので (図3)、Science Dayプログラムには我が国の多数の研究者の方々にお越しいただきたいと考えています。

 

 

 

 

4. エピゲノムを基盤とする多層オミックス統合解析

 前がん段階で起こったDNAメチル化異常は、DNAメチル化酵素DNMT1が担う維持メチル化機構で維持され、発がん要因への曝露の痕跡としてゲノム上に蓄積していきます。そこで、エピゲノムプロファイルに基づいてがん症例をまず層別化し、層別化した症例群毎にゲノム・トランスクリプトーム・プロテオーム・メタボローム等の多層オミックスの解析結果をすべて統合して発がんの分子機構を探索することは、理にかなっていると考えます。そのような考えで金井は、医薬基盤研究所先駆的医薬品・医療機器研究発掘支援事業「多層的疾患オミックス解析に基づく創薬標的の網羅的探索を目指した研究」(2010-2014年度)を、エピゲノム領域の総括研究代表者として実施してきました。腎細胞がんにおける解析では、エピゲノムプロファイルに基づいて予後不良であるCpGアイランドメチル化形質 (CIMP) 陽性症例を同定し (図4)、多層オミックス統合解析でオーロラキナーゼがCIMP陽性症例の治療標的になることを示しました (図5)。このプロジェクトの成果は、「多層的疾患オミックス統合データベース」(http://gemdbj.ncc.go.jp/omics/)として公開しています。13 疾患・最大5層のオミックス情報よりなるデータベースは世界的にも稀少であり、このデータベースを閲覧した産官学の研究者との共同研究等、データ駆動型疾患研究をさらに展開させたいと考えています。

 

 

 

5. DNAメチル化診断の実用化

 先に同定した腎細胞がん固有のCIMPマーカー遺伝子のDNAメチル化率を用いると、腎細胞がんの予後診断・CIMP陽性腎細胞がんの術後アジュバント療法のためのコンパニオン診断を行いうると期待されます (図6)。このようなDNAメチル化診断を実用化するため、各病院の検査部にも導入可能な小型で操作性・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メチル化診断専用機器」を、2018年の上市を目指して積水メディカル株式会社と共同研究開発しています (基礎出願US 61/646044, PCT/JP2013/62650, 国際公開 WO2013/168644A1, 各国移行 JP 特願2014-514703, US 14/399591, EP 13787593.6, CN 201380036415.8, KR 10-2014-7032254)。過日、本件のプレスリリースを行い (http://www.ncc.go.jp/jp/information/press_release_20150317.html)、全国紙を含む複数のメディアで報道されました (図7)。この「DNAメチル化診断専用機器」は、キットとカラムを替えることにより、他臓器がんの発生リスク診断・存在診断・病態診断にも用いることができる汎用性を備えています。慢性肝障害で経過観察中の患者における生検標本を用いた発がんリスク診断や、尿検体を用いた尿路上皮がんの発生・再発リスク診断等にも展開させたいと考えています。

 

 

 

 

6. 学生・研修医・若手研究者の方へ

 当研究室は2015年6月まで国立研究開発法人国立がん研究センター研究所にあり、2015年7月1日の金井の慶應義塾大学への赴任とともに、信濃町キャンパス東校舎・ミュージアムでの実験室のセットアップを開始しました。金井は、国立がん研究センター研究所分子病理分野長
(http://www.ncc.go.jp/jp/nccri/divisions/01path/)・バイオバンク部門長
(http://www.ncc.go.jp/jp/biobank/index.html)を併任致しますので、両施設でそれぞれに適した解析を進めるとともに、官学連携に貢献したいと考えています。異動を機に発がんに関わる代謝性疾患・炎症性疾患のエピゲノム解析にも取り組み、従来から精力的に行ってきた前がん段階のエピゲノム異常の意義の解明をエピゲノムワイド関連解析 (epigenome wide-association study) に展開させることで、予防・先制医療に資する成果を挙げたいと考えます。

 解析手技が多様化・高度化する今日であるからこそ、個々の症例の臨床病理像を熟知したpathologistsが、適切な対象を選択して研究を主導する強みは大きいと考えます。当教室より、病理診断と分子病理学研究を同時に行って相乗効果を挙げられる病理学研究者、あるいはリサーチマインドのある診断病理医を、一人でも多く輩出したいと考えており、意欲ある学生・研修医・若手研究者の方に是非当研究室に加わって頂きたいと考えます。

 

7. 最近の研究成果

2015年

Arai E, Gotoh M, Tian Y, Sakamoto H, Ono M, Matsuda A, Takahashi Y, Miyata S, Totsuka H, Chiku S, Komiyama M, Fujimoto H, Matsumoto K, Yamada T, Yoshida T, Kanai Y. Alterations of the spindle checkpoint pathway in clinicopathologically aggressive CpG island methylator phenotype clear cell renal cell carcinomas. Int J Cancer, 137: 2589-2606, 2015.

Yamanoi K, Arai E, Tian Y, Takahashi Y, Miyata S, Sasaki H, Chiwaki F, Ichikawa H, Sakamoto H, Kushima R, Katai H, Yoshida T, Sakamoto M, Kanai Y. Epigenetic clustering of gastric carcinomas based on DNA methylation profiles at the precancerous stage: its correlation with tumor aggressiveness and patient outcome. Carcinogenesis, 36: 509-520, 2015.

Sato T, Soejima K, Arai E, Hamamoto J, Yasuda H, Arai D, Ishioka K, Ohgino K, Naoki K, Kohno T, Tsuta K, Watanabe S, Kanai Y, Betsuyaku T. Prognostic implication of PTPRH hypomethylation in non-small cell lung cancer. Oncol Rep, 34: 1137-1145, 2015.

Robles AI, Arai E, Mathé EA, Okayama H, Schetter AJ, Brown D, Petersen D, Bowman ED, Noro R, Welsh JA, Edelman DC, Stevenson HS, Wang Y, Tsuchiya N, Kohno T, Skaug V, Mollerup S, Haugen A, Meltzer PS, Yokota J, Kanai Y, Harris CC. An Integrated Prognostic Classifier for Stage I Lung Adenocarcinoma Based on mRNA, microRNA, and DNA Methylation Biomarkers. J Thorac Oncol, 10: 1037-1048, 2015.

Sakamoto A, Hino S, Nagaoka K, Anan K, Takase R, Matsumori H, Ojima H, Kanai Y, Arita K, Nakao M. Lysine demethylase LSD1 coordinates glycolytic and mitochondrial metabolism in hepatocellular carcinoma cells. Cancer Res, 75: 1445-1456, 2015.

Narukawa T, Hara T, Arai E, Komiyama M, Kawahara T, Kanai Y, Fujimoto H. Tumour multifocality and grade predict intravesical recurrence after nephroureterectomy in patients with upper urinary tract urothelial carcinoma without a history of bladder cancer. Jpn J Clin Oncol, 45: 488-493, 2015.

Hashimoto T, Ogawa R, Matsubara A, Taniguchi H, Sugano K, Ushiama M, Yoshida T, Kanai Y, Sekine S. Familial adenomatous polyposis-associated and sporadic pyloric gland adenomas of the upper gastrointestinal tract share common genetic features. Histopathology, 67: 689-698, 2015.

Matsubara A, Ogawa R, Suzuki H, Oda I, Taniguchi H, Kanai Y, Kushima R, Sekine S. Activating GNAS and KRAS mutations in gastric foveolar metaplasia, gastric heterotopia and adenocarcinoma of the duodenum. Br J Cancer, 112: 1398-1404, 2015.

Yoshida M, Ogawa R, Yoshida H, Maeshima A, Kanai Y, Kinoshita T, Hiraoka N, Sekine S. TERT promoter mutations are frequent and show association with MED12 mutations in phyllodes tumors of the breast. Br J Cancer, 113: 1244-1248, 2015.

Terai H, Soejima K, Yasuda H, Sato T, Naoki K, Ikemura S, Arai D, Ohgino K, Ishioka K, Hamamoto J, Kanai Y, Betsuyaku T. Long‑term exposure to gefitinib induces acquired resistance through DNA methylation changes in the EGFR‑mutant PC9 lung cancer cell line. Int J Oncol, 46: 430-436, 2015.

Hiraoka N, Ino Y, Yamazaki-Itoh R, Kanai Y, Kosuge T, Shimada K. Intratumoral tertiary lymphoid organ is a favourable prognosticator in patients with pancreatic cancer. Br J Cancer, 112: 1782-1790, 2015.

Shirota T, Ojima H, Hiraoka N, Shimada K, Rokutan H, Arai Y, Kanai Y, Miyagawa S, Shibata T. Heat Shock Protein 90 Is a Potential Therapeutic Target in Cholangiocarcinoma. Mol Cancer Ther, 14: 1985-1993, 2015.

Yoshida M, Sekine S, Ogawa R, Yoshida H, Maeshima A, Kanai Y, Kinoshita T, Ochiai A. Frequent MED12 mutations in phyllodes tumours of the breast. Br J Cancer, 112: 1703-1708, 2015.

Hayashi T, Horiuchi A, Sano K, Kanai Y, Yaegashi N, Aburatani H, Konishi I. Biological characterization of soft tissue sarcomas. Ann Transl Med, 3: 368, 2015.

Kamino H, Nakamura Y, Tsuneki M, Sano H, Miyamoto Y, Kitamura N, Futamura M, Kanai Y, Taniguchi H, Shida D, Kanemitsu Y, Moriya Y, Yoshida K, Arakawa H. Mieap-regulated mitochondrial quality control is frequently inactivated in human colorectal cancer. Oncogenesis, 5: e181, 2016.

Ohtomo-Oda R, Komatsu S, Mori T, Sekine S, Hirajima S, Yoshimoto S, Kanai Y, Otsuji E, Ikeda E, Tsuda H. SMYD2 overexpression is associated with tumor cell proliferation and a worse outcome in human papillomavirus-unrelated nonmultiple head and neck carcinomas. Hum Pathol, 49: 145-155, 2016.

Mizuno S, Yoda M, Shimoda M, Tohmonda T, Okada Y, Toyama Y, Takeda S, Nakamura M, Matsumoto M and Horiuchi K: A disintegrin and metalloprotease 10 is indispensable for maintenance of the muscle satellite cell pool. J Biol Chem, 290:28456-28464, 2015.

Goto O, Fujimoto A, Shimoda M, Ochiai Y, Matsuda T, Takeuchi H, Kawakubo H, Maehata T, Uraoka T, Kameyama K, Kitagawa Y and Yahagi N. Estimation of subepithelial lateral extent in submucosal early gastric cancer: retrospective histological analysis. Gastric Cancer, 18:810-816, 2015.

Anzai A, Shimoda M, Endo J, Kohno T, Katsumata Y, Matsuhashi T, Yamamoto T, Ito K, Yan X, Shirakawa K, Shimizu-Hirota R, Yamada Y, Ueha S, Shinmura K, Okada Y, Fukuda K and Sano M: Adventitial CXCL1/G-CSF expression in response to acute aortic dissection triggers local neutrophil recruitment and activation leading to aortic rupture. Circ Res, 116:612-623, 2015.

Kuramoto J, Kawamura A, Dembo T, Kimura T, Fukuda K, Okada Y.
Plevalence of Patent Foramen Ovale in the Japanese Population-Autopsy Study.
Circ J. 2015;79(9):2038-42



2014年

Kanai Y, Arai E. Multilayer-omics analyses of human cancers: exploration of biomarkers and drug targets based on the activities of the International Human Epigenome Consortium. Front Genet, 5: 24, 2014.

Arai E, Sakamoto H, Ichikawa H, Totsuka H, Chiku S, Gotoh M, Mori T, Nakatani T, Ohnami S, Nakagawa T, Fujimoto H, Wang L, Aburatani H, Yoshida T, Kanai Y. Multilayer-omics analysis of renal cell carcinoma, including the whole exome, methylome and transcriptome. Int J Cancer, 135: 1330-1342, 2014.

Sato T, Arai E, Kohno T, Takahashi Y, Miyata S, Tsuta K, Watanabe S, Soejima K, Betsuyaku T, Kanai Y. Epigenetic clustering of lung adenocarcinomas based on DNA methylation profiles in adjacent lung tissue: Its correlation with smoking history and chronic obstructive pulmonary disease. Int J Cancer, 135: 319-334, 2014.

Gotoh M, Ichikawa H, Arai E, Chiku S, Sakamoto H, Fujimoto H, Hiramoto M, Nammo T, Yasuda K, Yoshida T, Kanai Y. Comprehensive exploration of novel chimeric transcripts in clear cell renal cell carcinomas using whole transcriptome analysis. Genes Chromosomes Cancer, 53: 1018-1032, 2014.

Tian Y, Arai E, Gotoh M, Komiyama M, Fujimoto H, Kanai Y. Prognostication of patients with clear cell renal cell carcinomas based on quantification of DNA methylation levels of CpG island methylator phenotype marker genes. BMC Cancer, 14: 772, 2014.

Sato Y, Ojima H, Onaya H, Mori T, Hiraoka N, Kishi Y, Nara S, Esaki M, Shimada K, Kosuge T, Sugihara K, Kanai Y. Histopathological characteristics of hypervascular cholangiocellular carcinoma as an early stage of cholangiocellular carcinoma. Hepatol Res, 44: 1119-1129, 2014.

Iwao Y, Ojima H, Onaya H, Sakamoto Y, Kishi Y, Nara S, Esaki M, Mizuguchi Y, Ushigome M, Asahina D, Hiraoka N, Shimada K, Kosuge T, Kanai Y. Early venous return in hepatic angiomyolipoma due to an intratumoral structure resembling an arteriovenous fistula. Hepatol Res, 44: 700-706, 2014.

Matsubara A, Sekine S, Ogawa R, Yoshida M, Kasamatsu T, Tsuda H, Kanai Y. Lobular endocervical glandular hyperplasia is a neoplastic entity with frequent activating GNAS mutations. Am J Surg Pathol, 38: 370-376, 2014.

Sekine S, Ogawa R, Oshiro T, Kanemitsu Y, Taniguchi H, Kushima R, Kanai Y. Frequent lack of GNAS mutations in colorectal adenocarcinoma associated with GNAS-mutated villous adenoma. Genes Chromosomes Cancer, 53: 366-372, 2014.

Matsubara A, Nara S, Sekine S, Ojima H, Kosuge T, Shimada K, Kushima R, Kanai Y, Hiraoka N. Intraductal dissemination of papillary adenocarcinoma of the ampulla of Vater in the pancreatic duct. Pathol Int, 64: 39-44, 2014.

Ohki R, Saito K, Chen Y, Kawase T, Hiraoka N, Saigawa R, Minegishi M, Aita Y, Yanai G, Shimizu H, Yachida S, Sakata N, Doi R, Kosuge T, Shimada K, Tycko B, Tsukada T, Kanai Y, Sumi S, Namiki H, Taya Y, Shibata T, Nakagama H. PHLDA3 is a novel tumor suppressor of pancreatic neuroendocrine tumors. Proc Natl Acad Sci, 111: E2404-E2413, 2014.

Hori M, Takahashi M, Hiraoka N, Yamaji T, Mutoh M, Ishigamori R, Furuta K, Okusaka T, Shimada K, Kosuge T, Kanai Y, Nakagama H. Association of pancreatic Fatty infiltration with pancreatic ductal adenocarcinoma. Clin Transl Gastroenterol, 5: e53, 2014.

Nakahata S, Ichikawa T, Maneesaay P, Saito Y, Nagai K, Tamura T, Manachai N, Yamakawa N, Hamasaki M, Kitabayashi I, Arai Y, Kanai Y, Taki T, Abe T, Kiyonari H, Shimoda K, Ohshima K, Horii A, Shima H, Taniwaki M, Yamaguchi R, Morishita K. Loss of NDRG2 expression activates PI3K-AKT signalling via PTEN phosphorylation in ATLL and other cancers. Nat Commun, 5: 3393, 2014.

Takaki Y, Saito Y, Takasugi A, Toshimitsu K, Yamada S, Muramatsu T, Kimura M, Sugiyama K, Suzuki H, Arai E, Ojima H, Kanai Y, Saito H. Silencing of microRNA-122 is an early event during hepatocarcinogenesis from non-alcoholic steatohepatitis. Cancer Sci, 105:1254-1260, 2014.

Nakanuma Y, Sato Y, Ojima H, Kanai Y, Aishima S, Yamamoto M, Ariizumi S, Furukawa T, Hayashi H, Unno M, Ohta T, Hepatolithiasis Subdivision of Intractable Hepatobiliary Diseases Study Group of Japan (Chairman, Hirohito Tsubouchi). Clinicopathological characterization of so-called "cholangiocarcinoma with intraductal papillary growth" with respect to "intraductal papillary neoplasm of bile duct (IPNB)". Int J Clin Exp Pathol, 7: 3112-3122, 2014.

Sato Y, Sasaki M, Harada K, Aishima S, Fukusato T, Ojima H, Kanai Y, Kage M, Nakanuma Y, Tsubouchi H, Hepatolithiasis Subdivision of Intractable Hepatobiliary Diseases Study Group of Japan (Chairman, Hirohito Tsubouchi). Pathological diagnosis of flat epithelial lesions of the biliary tract with emphasis on biliary intraepithelial neoplasia. J Gastroenterol, 49: 64-72, 2014.

Hayashi T, Horiuchi A, Aburatani H, Ishiko O, Yaegashi N, Kanai Y, Zharhary D, Shiozawa T, Tonegawa S, Konishi I. Potential biomarker for human uterine leiomyosarcoma. J Clin Med Res, 6: 392-394, 2014.