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目指すところ

  • 『リバースTRのアプローチ』と『発がんモデルマウスの解析』の二つを軸に、がんにおけるエピゲノムの役割の解明を目指す

研究室のこれまでとこれから

シングルセル解析

これまでは、「とにかく臨床検体を精密に解析したい」という想いから、そのための技術と体制を確立することに注力してきました。2017年に丸山が着任して、まずは臨床検体を用いたNGS解析やシングルセル解析を行うための技術と体制を確立し、次に患者由来試料からオルガノイドを樹立する技術を確立しました。この間、乳腺センターを筆頭に多くの臨床の先生方のご協力を頂きました。また森先生、八尾先生をはじめ、研究所のたくさんの先生方にご指導を頂きました。おかげさまで、現在までに多くのデータとリソースを蓄積することができました。また今年度から発がん研究部の田中主任研究員や高原研究助手に参画して頂き、発がんモデルをin vivoで詳細に解析できるようになりました。
各種技術とリソースが整い、いよいよ本格的な研究に挑戦できる体制になりました。今後、丸山研究室では『リバースTRのアプローチ』と『発がんモデルマウスの解析』の2つを軸とし「がんの本質」を追求していきます。特にがん細胞におけるエピゲノムの役割(ゲノム異常の機能表出にエピゲノムが果たす役割)とその時空間におけるダイナミックな変化を理解することで、細胞機能に多様性が生じる分子機構とその意義を明らかにしていきたいと考えています。そこにがんの本質があり、また生命の本質があると思っています。

リバースTRのアプローチ

リバースTRとはTR(Translational Research:橋渡し研究)の逆方向のアプローチです。TRは「Bench to Bedside」で、基礎研究で見出した知見を臨床応用し患者さんに届ける、というものですが、リバースTRとはその逆で、『臨床現場での気付き』を研究の出発点とし、その背後にある病態を追求することによりバイオロジーの真理を見出そうとする、というアプローチです。このリバースTRのアプローチこそが医学・科学の発展に有用であると考えています(そのエピソードはこちら(準備中))。がん研は、がん患者診療数が日本一のがん研有明病院と、伝統的に基礎研究が強いがん研究所が同じ建物内にあり、両者が一体となった研究を展開しうることが最大の優位性であります。ただ、現在行われている共同研究の多くは、基礎研究者の発想に基づくTR研究であります。
丸山の夢は、がん研に真のリバースTR研究を推進できる『場』を作ることです。そのような発想のもとNEXT-Gankenプログラムがスタートし、2年が経ちました。少しずつ成果が出てきました。たとえば、スタート時は基礎研究に関してはほとんど素人であった臨床医が、2年間どっぷりと基礎研究に従事したことで、今では検体の採取からオルガノイド培養、バイオインフォマティクスまで1人で完結できるようになりました。そうすると臨床現場で患者さんを診た時に、その背後にあるバイオロジーを想像できるようになります。想像しようとします。そうなって初めて『臨床現場での気づき』を基礎研究のテーマに落とし込むことができます。そのような人材をどんどん育成し、リバースTRを実践する『場』をがん研に作りたいです。

臨床検体からのオルガノイド樹立と解析

発がんモデルマウスの解析

発がんモデルマウスの解析

田中主任研究員が主体となり、骨軟部肉腫のモデルマウスを用いて様々な研究を行っています。特に転写因子を含む融合遺伝子が一義的にドライバーとなっている骨軟部肉腫の発症マウスモデルを多数確立しています(前職の発がん研究部中村卓郎部長の元でのお仕事です)。最近の代表的なお仕事が、胞巣状軟部肉腫(ASPS)の発症モデルマウスの確立です。ASPSの患者さんは全員ASPL-TFE3という融合遺伝子を有していますが、この融合遺伝子をマウスの特定の細胞に導入することでASPSと同様の肉腫を生じさせることができます。このモデルマウスは次の2点において大変興味深い実験系です。1点目はこのドライバー融合遺伝子はTFE3という転写因子を含んでいるため、その機能が「異常」という意義を持つためには「細胞側のエピゲノム調節機構」が密接に関わるという点です。ほとんどの細胞はこの融合遺伝子を受け付けませんが、ある特定の細胞に導入された時だけASPSが生じます。つまり、ASPL-TFE3というゲノム異常と細胞側のエピゲノム状態の相性がぴたっとあった時に、初めてそのゲノム異常が『機能的意義』を持つということです。2点目は、このASPL-TFE3は細胞がin-vitroではなくin-vivoに置かれた時に初めて『病的意義』を持つということです。この融合遺伝子陽性細胞は周りの血管内皮細胞や周皮細胞とコンタクトすることによってのみ肉腫になりうるのです。このような、いくつかの貴重なモデルを用いて、ゲノム異常が機能的意義・病的意義を発揮する際に「細胞のエピゲノム状態」や「細胞が置かれた環境」に大きく依存していることを理解しようとしています。そして、この肉腫のモデルはあくまで特殊で分かりやすい例であって、これと同じことは全てのがんの全ての細胞においても当てはまることだと考えています。

研究に用いる主な手法

  • NGS解析 (主にNextSeqを使用, ATAC-seq, ChIP-seq, Cut&Tag, RNA-seq, targeted-resequencing, CNV, hybridization capture)
  • シングルセル解析 (dscATAC-seq(ddSEQ), dsciATAC-seq(ddSEQ+combinatorial indexing), scRNA-seq(Rhapsody / Chromium), scRamDA-seq(CellenONE))
  • 臨床検体からのオルガノイド樹立と解析
  • データマイニング, bioinformatics
  • 分子生物学的解析 (RNA,DNA,Protein)
  • 細胞生物学的解析 (knockdown, ectopic expressionによるphenotypeの変化)
  • 免疫組織染色、蛍光免疫染色、イメージング
  • in vitro transcription
  • 改定中です・・・

シングルセル解析

がんを単なる塊ではなく「多様な細胞の集合体」として捉えます。腫瘍を構成する細胞ひとつひとつの「個性」を理解し、さらには細胞間で交わされる「会話」やそれらが作り出す「社会」の成り立ちを理解することによって、がんの本質に迫りたいと考えています。この研究の基盤となるのが、微量で貴重ながん検体を単一細胞レベルで詳細に解析する技術です。
これまで各種シングルセルオミックス解析技術の確立を試みてきました。ddSEQを用いたdroplet-baseのscATAC-seqやRhapsodyを用いたmicrowell-baseのscRNA-seq、CellenONEシングルセル分注機を用いたscRNA-seq等をルーチンで実施しています。combinatorial indexingとdropletを組み合わせたdsciATAC-seqも順調に稼働しています。また現在、scATAC-seqとscRNA-seqを単一細胞から同時に実施する手法や、single-cellのChIP-seq、単一細胞のlineage tracingなど最先端の高度な技術の確立にも挑戦しています。
ライブラリ作成からデータ解析まで全てラボ内で完結します。WET実験を行う人、DRY解析を行う人、その両方を一人で行う人がいますが、メンバー全員で情報やノウハウを共有し、皆がそのどちらも理解できることを目指しています。両者を深く理解することが、実験や解析の品質の向上や研究の深みにつながるからです。WETとDRYの連携ではなく、WETとDRYが真に融合した研究を目指しています。

シングルセル解析

臨床検体からのオルガノイド樹立と解析

臨床検体からのオルガノイド樹立と解析

腫瘍内の細胞の多様性を維持したまま培養するオルガノイド培養技術の確立を目指しています。患者さんの腫瘍の特徴を保ったままお皿の中で培養できるオルガノイド培養は、薬剤投与や遺伝子操作とシングルセル解析を組み合わせることで、さらに深い情報を得ることができます。この患者さん由来のモデルを深く解析していくことで、再発や転移において鍵となる分子や細胞を同定できると考えています。また、臨床的には、実際の患者さんのがんに対して、どの抗がん剤が効くかということを、患者さんが治療を始める前に、あるいは並行して、解析することが可能になることを意味します。すなわち、より高度な近未来のプレシジョン医療を実現するために、このオルガノイド培養技術の確立は必須であると考えます。
1年くらいの時間を要しましたが、がん研究所細胞生物部八尾先生らのご指導と、大学院生佐伯さんの並並ならぬ努力の甲斐があり、乳がん患者由来のオルガノイド培養の技術が確立しつつあります。現在では試薬や培地の調整、バンキングなど基盤体制が整っており、誰もがオルガノイド培養に挑戦できるような環境になっています。

追求したい研究テーマ(近日中に改定します)

【研究テーマ①】
がん細胞の機能の多様性の正確な理解とそれを診療に活用するための実践的方法の模索

がんの多様性を理解しそれを制御することは、がんを克服するための重要なステップであると考えます。がん細胞には多様なゲノム異常に加え様々なエピゲノム変化が生じており、これががん細胞に機能的な多様性を与えています。この機能的意義はコンテクスト依存的であり、将来起こりうる様々な環境変化に適応できる潜在能力を有することになります。本テーマでは、乳がん検体や患者由来オルガノイドの単一細胞オミックス解析を通じて、がんの多様性の本態を正確に理解することを目指します。がんの多様性を評価・定量する手法を確立し、その多様性が有する機能的・臨床的意義や多様性が創出されるメカニズムの一端を明らかにすることを目標とします。

追求したい研究テーマ①

【追求したい研究テーマ②】
がん細胞の可塑性の臨床的意義とメカニズムの解明

追求したい研究テーマ②

がんにおける各種薬物治療に対する治療抵抗性獲得のメカニズムの一つとして、がん細胞に備わる可塑性の関与が考えられています。より精密な治療戦略の構築のためには、がん細胞が潜在的に有する可塑性と、薬物治療など環境変化による細胞表現型の変化の様式を正確に理解することが必要となります。本テーマでは、がん細胞株や患者由来オルガノイドを材料とし、各種薬剤処理や遺伝子操作による変化を単一細胞レベルで解析することにより、がん細胞が有している可塑性の詳細やその臨床的意義を正確に記述することを試みます。さらにはがん細胞の表現型変化のメカニズムの一端の解明と、臨床応用につながるシーズの同定を目指します。

様々な共同研究

  • がん研究所・細胞生物部 (大腸がん患者由来オルガノイドのエピゲノム解析・シングルセル解析)
  • がん研究所・発がん研究部 (肉腫発がんモデルのエピゲノム解析・シングルセル解析)
  • CPMセンター・次世代がん研究シーズ育成プロジェクト (新規解析アルゴリズムの開発、婦人科がんのエピゲノム解析)
  • がん研究所・細胞老化プロジェクト (サテライトRNAの解析)
  • がん研究所・がん生物部 (lncRNA調節領域の解析)
  • がん研究所・分子標的病理プロジェクト (芽球性形質細胞様樹状細胞腫瘍や唾液腺腫瘍の解析)
  • 東京大学消化器内科・大塚基之講師 (B型肝炎、肝がんの研究)
  • 東京大学産婦人科・曾根献文講師 (婦人科がんにおけるヒストン修飾酵素阻害剤の機能的解析)
  • 札幌医科大学分子生物学講座・鈴木拓教授 (乳がん、血液腫瘍におけるヒストン修飾酵素阻害剤の機能的解析、胃がんのlncRNA)
  • 順天堂大学分子病理病態学・折茂彰教授 (CAFのエピゲノム解析・シングルセル解析)
  • 北海道大学腫瘍病理学・田中伸哉教授 (バイオマテリアルを用いたがん研究と臨床応用)
  • 国立精神神経医療研究センター病態生化学研究部・川内大輔室長 (小児脳腫瘍の発がんマウスモデルのエピゲノム解析・シングルセル解析)
  • 名古屋大学腫瘍生物学・近藤豊教授