口腔がんの遺伝学的根拠を探る

はじめに

噛みタバコは、インド、特にインドの男性にとって主要な殺人要因です。これは、発がん性物質を使用するユニークで不注意に有害な方法に少なくとも一部起因しています。他の多くの国とは異なり、インドの人々は煙草を石灰（水酸化カルシウム）と一緒に噛んでいます。これにより、壊滅的な1～2つのパンチが生まれます。つまり、石灰の薄片のアルカリ性が頬の上皮層を噛み、たばこ内の発がん性物質がDNA変異を引き起こす内層に到達できるようになります。

この危険な組み合わせは、舌を除く口腔内の領域に影響を与える、歯肉口腔扁平上皮がん（OSCC-GB）と呼ばれる特定の口腔がんを引き起こします。OSCC-GBはインドの男性のがん関連死亡の約23%の原因となり、西洋の3倍近くです。¹残念なことに、このタイプのがんはほとんどの患者で進行期に検出されることが多いです。

インドにおけるOSCC-GBの圧倒的な有病率は、世界の他の地域と比較して、Partha Majumder博士と彼の同僚たちがこの疾患の研究を選んだ大きな理由です。2009年、Majumder博士はインドの国立生物医学ゲノミクス研究所（NIBMG）を設立し、現在は著名な教授です。それ以来、彼はOSCC-GBの遺伝的基盤を理解するために研究に専念してきました。Majumder博士とそのチームは、イルミナのプラットフォームを使用して、疾患の経過に影響を与える可能性のある生物学的経路における体細胞バリアント、生殖細胞系列の変化、および摂動を特定しました。Majumder博士は、これらの発見がいつかOSCC-GBのより良い治療法の開発につながることを望んでいます。

iCommunityはMajumder博士と、OSCC-GBで発見された新しいバイオマーカーであるNIBMGでの彼の研究について、また次世代シーケンサー（NGS）によって科学者ががんゲノミクスに関する重要な疑問を探求することをどのように可能にしているかについて話しました。

Partha Majumder博士は、NIBMGの創立者兼著名な教授です。

Q：NIBMGはどのように設立され、その使命は何ですか？

Partha Majumder（PM）：2009年、インド政府はいくつかの重点的な研究機関を設立したいと考え、アイデアを求めました。私は、健康のためのゲノミクスの加速に焦点を当てた研究所を設立するというアイデアを提示しました。インド政府はこのアイデアを承認し、研究所を設立するよう依頼され、設立ディレクターになりました。2010年に最初の教員を雇用しました。取締役には任期制限があり、私の任期は終わりました。私は現在、NIBMGの著名な教授です。

NIBMGの使命はシンプルです。健康と疾患には強力な遺伝的基盤があり、私たちの目標は、健康を促進し疾患を遅らせるための遺伝的関連性を理解することです。ゲノミクスの力で健康を促進することが私たちの目標です。

Q：疾患の遺伝学を研究することが重要なのはなぜですか？

PM：病気を予防し続けるには、病気が最初に現れたときに治療する必要があります。これらを排除できない場合は、少なくともこれらの疾患の進歩を初期段階で止めたいと考えています。そのためには、どの生物学的経路が障害を受け、疾患を引き起こすかを理解する必要があります。これらのパスウェイに関与する遺伝子の変異を探します。特にがんの遺伝的基盤を理解できれば、疾患を治療するためのこれらの生物学的経路に影響を与える分子を開発できる可能性があります。

"mito-G2/MおよびNHEJ経路の変異、相同組換えによるDNA修復のための遺伝子の反復欠失、TP53およびCASP8のホットスポット体細胞変異など、口腔がんのリンパ節転移と高い関連性を持つ遺伝子変異を見つけることができました。"

Q：がんゲノミクスの研究に興味を持ったきっかけは何ですか？

PM：テキサス大学ヘルスサイエンスセンターのポスドク時代、MDアンダーソンがんセンターは建物の向かい側にあります。がんセンターのサイエンティストたちは、がんに関与する遺伝子の同定など、非常に興味深い問題を解決しようとしていました。がんの研究を始め、深い疑問が頭に浮かび始めました。彼らは、腫瘍組織の不均一性と、がんは遺伝性疾患ではあるが、必ずしも家族内に存在するわけではないという事実に関連していました。明らかに、がんには体細胞および生殖細胞系列の変異がありました。

腫瘍の不均一性と体細胞変異は、サンガーシーケンスなどの当時利用可能な技術では研究できませんでした。質問を保留にする必要がありました。これらの疑問に答えられるのはNGSが導入されるまでではありませんでした。突然、がんゲノミクスは非常に興味深く活気のある分野になりました。

Q：なぜOSCC-GBの詳細な研究を開始したのですか？

PM：国際がんゲノムコンソーシアムプロジェクトが着想された際に連絡を受けました。このグローバルコンソーシアムへの参加をお願いしました。さまざまながんがあり、コンソーシアムへの貢献のためにこれらすべてを研究することはできませんでした。インドで広く見られるがんを調べることにしました。インドでは2種類のがんが高頻度に発生しています。1つはOSCC-GBで、男性に最もよく見られる口腔がんの一種です。もう1つは子宮頸がんで、女性の中で最も顕著ながんです。

インド政府は、両方のがんタイプに関するゲノム調査に資金を提供できませんでした。OSCC-GBは、欧米で優勢な口腔がんの形態とは臨床像が著しく異なるため、OSCC-GBに焦点を当てることにしました。西欧では、口腔がんは主に舌に影響を及ぼします。インドでは、口腔がんは舌以外の口腔全体に発症します。

Q：インドにおけるOSCC-GBの発生率は、世界の他の地域と比較してどの程度ですか？

PM：OSCC-GBは、インドでは西洋の2.5～3倍高い。また、その有病率はインドの異なる地理的地域によっても大きく異なります。これは、インドの地域によって大きく異なる固有の噛みタバコ習慣が蔓延しているためです。特定の地域では、石灰でたばこを噛むことがあります。石灰は水酸化カルシウムで、細胞膜やその他のタンパク質を変性できる強力なアルカリ（pH 12.5～12.8）です。その結果、上皮層を噛み砕き、たばこ内のニコチンに細胞への直接的な経路を提供し、ユーザーにより大きなニコチンの“キック”または満足度を提供する可能性があります。残念ながら、水酸化カルシウムもDNAを損傷します。タバコ内の発がん性物質とともに、この組み合わせによりDNA変異が急速に蓄積し、がんを引き起こす可能性が高くなります。

通常、OSCC-GBは進行した段階で検出されます。最初は、口腔内の小さなあざを示す白いパッチが見えます。多くの場合、タバコを噛み続け、あざが悪化します。口内の痛みに変わり、膨張し始めます。タバコは依存性が高いため、痛みがあっても大きな痛みがあることは気にしません。痛みが耐え難くなって、ようやく医師の診察を受けるよう余儀なくされるようになるまでは、痛みは続きません。多くの場合、その時点までに潰瘍は悪性化しています。

"NovaSeq 6000システムは高速で、多くのサンプルがある場合にハイスループットシーケンス研究をサポートします。イルミナのNGSシステムには非常に満足しています。"

Q：OSCC-GBはどのように治療されますか？

PM：口腔がんを治療する方法は手術のみです。腫瘍を切除する手術の前に、腫瘍量を減らすために化学療法を1ラウンド行うことがあります。通常、放射線療法または化学療法が後に続きます。

Q：OSCC-GBのリンパ節転移と関連する可能性のあるバリアントを探すきっかけとなったのは何ですか？

PM：OSCC-GBのリンパ節転移に関心が持たれたのは、がんのほぼ同じ病期、がんの同じグレード、がんの同じタイプを呈していたが、リンパ節転移があったのは一部の患者のみであったためです。遺伝的根拠があるかもしれないと考えました。転移を促進する体細胞変異が存在するかどうかを調べることにしました。mito-G2/MおよびNHEJ経路の変異、相同組換えによるDNA修復のための遺伝子の反復欠失、TP53およびCASP8のホットスポット体細胞変異など、口腔がんのリンパ節転移と高い関連性を持つ遺伝子変異を見つけることができました。²

Q：OSCC-GBのリンパ節転移を促進する生物学的経路のその他の変化や摂動は見つかりましたか？

PM：これらの研究における私たちの見解は、パスウェイのオペレーションに影響を与える遺伝学を理解する必要があるというものでした。遺伝子の生殖細胞系列と体細胞の変化をマッピングした後、遺伝子を生物学的経路にマッピングしました。このアプローチにより、BRCA2遺伝子とFAT1遺伝子におけるまれな非サイレント生殖細胞系列変異や染色体の不安定性など、いくつかの生殖細胞系列の変化を特定できました。¹

Q：このデータに対する腫瘍専門医の反応はどのようなものでしたか？

PM：チームには数人の腫瘍専門医がいましたが、彼らは口腔がんにつながるいくつかの遺伝子変化を見つけることができたことに非常に興奮していました。OSCC-GBやリンパ節転移につながる生物学的経路は非常に重要です。口腔がんの治療に関する新しい考え方が生まれました。将来、これらの経路に影響を与え、OSCC-GBの転移を止めるために分子を同定できるようになることを願っています。

"...Infinium MethylationEPICアレイを使用し、プロモーターメチル化の変化を調べ、結果をRNA-Seqデータと比較しています。"

Q：シーケンスを実施するためにイルミナNGSシステムを選択された理由は何ですか？

PM：最初のNGSシステムはRoche 454システムでした。シーケンスリード長が長くなったときにHiSeq 2000システムに切り替え、シーケンスの実行コストが安いことに気づきました。時が経つにつれて、HiSeq 2000システム、HiSeq 2500システム、そして今ではNovaSeq 6000システムを始めとする新世代のNGSシステムをすべて取得してきました。個々の細胞または細胞群における細胞不均一性または変異不均一性が疾患に寄与しているかどうかを判断するために、全ゲノムまたは全エクソーム研究を実施するのに最適です。また、RNA-Seqにも使用されています。

イルミナのNGSシステムは時間の経過とともに改善し、すべて使いやすくなっています。NovaSeq 6000システムは高速で、多くのサンプルがある場合にハイスループットシーケンス研究をサポートします。イルミナのNGSシステムには非常に満足しています。

Q：OSCC-GBにおけるその他の研究は進行中ですか？

PM：将来、重要な作業は統合的研究に焦点が当てられ、すでにその研究に着手しています。エピゲノム変異と、OSCC-GBの変異データおよびRNA-Seqデータとの関連性を調べています。目的は、このような変化に起因する経路や摂動を特定することです。どちらが支配的であるかによって、将来、これらの力をより良く調査できるようになります。

具体的には、Infinium MethylationEPICアレイを使用し、プロモーターメチル化の変化を調べ、結果をRNA-Seqデータと比較しています。すでに大量のRNA-SeqデータとEPICアレイデータを生成しています。

候補遺伝子または候補ゲノム領域がある場合、よりターゲットを絞ったマッピングを行います。最終的には診断モードに移行し、遺伝子パネルまたはターゲットシーケンスの使用を開始します。

この記事で言及されているシステムおよび製品の詳細はこちら：

NovaSeq 6000システム

Infinium MethylationEPICアレイ