客观日本

开发高精度染色体序列以及解析癌症与遗传病的基因

2012年04月11日 科技交流

1、前言

医学界将以基因为基础探索出的新的疾病的诊断,治疗,预防方法以及在基础研究中取得的成果应用于临床医学而展开了一场名为翻译调查的运动,并对其给予了厚望。本研究所致力于推进基因构造的变化,epigenome遗传因子的防御构造,系统性遗传因子的发现及解析等的综合性基因解析性研究,探索癌症以及其他遗传性疾病的遗传因子构造,分析并解释病情的成因,力图开发出具有划时代意义的针对上述顽疾的诊断,治疗以及预防方法。

2、研究概况

我们以疾病基因的异常构造为目标,系统地进行了疾病遗传因子的种类划分,试图找出针对癌症以及其他遗传性疾病的相关遗传因子。这些研究成果为癌症的个性诊断提供了新的指南,为新的药物的开发与研制提供了可行性范本。并且,通过为期六年多的努力我们已自主开发出实用性很强的高密度,高精度基因序列体系。我们以高精度的细菌人工染色体(简称BAC)克隆技术为支撑建立的基因序列已达到了国际水准,并被命名为MCG(Molecular Cytogenetics),利用这些MCG序列进行的基因,epigenome解析成果在解明癌症以及其他遗传性疾病的病情方面产生着不可忽视的影响力。值得一提的是,我们探索除了先天性异常病中存在的潜在的基因诊断方法即Genome Disorder Array(简称GD序列),此方法已于2009年9月28日由富士胶片有限公司开始进行出售,目前正在BML公司接受委托检查。现将近期的具体成果报告如下。

3、高精度基因序列的开发

我们自行开发了基因序列体系。其中包含,①含4523个BAC克隆配置,覆盖整个基因的高密度序列,②毫无间隔地覆盖20Mb的染色体1p36的序列,③用于对癌症相关的遗传因子进行近800种解析的“癌症个性诊断”序列,④用1003个BAC覆盖X染色体的高密度序列,⑤用于诊断已知的遗传疾病,染色体异常病情的序列,⑥检验出人体基因拷贝数变异(简称CNV)的序列。这些研究是在JST新学术创造协会“高精度基因序列的开发及疾病遗传因子的种类划分”(平成14年)的大力支持下展开的,而且平成18年为实现基因序列的实用化,得到了独立行政法人新能源・产业技术综合开发机构(简称NEDO)名为“为实现人性化医疗而进行的生物诊断技术开发”/“染色体解析技术开发”项目组的支持,推进了①用于解析序列数据的软件的开发,②各种癌症的异常基因数据库的建成,③全自动解析装置等技术的开发。2009年,研发成功了高精度BAC序列⑦Cancer Array-1500与⑧Whole Genome Array-15000。运用这些BAC序列进行比较基因组杂交技术法(comparative genomic hybridization,简称CGH),这种方法对解析癌症以及原因不明的先天性异常疾病中使用传统的基因分析方法检验不出的微细染色体断片的缺失以及重复等染色拷贝制数量的异常问题起了重要的推动作用。

4、癌症染色体异常构造的网罗性鉴别

1) CGH数据库的构建

我们对25种不同的癌症肿瘤,1700多例患者进行了CGH解析研究,成功制作癌细胞拷贝异常的数据库(CGH 数据库:http://www.cghtmd.jp/cghdatabase/ index.html)(如图1)。本数据库被美国的NCBI综合数据库冠名为“日本的CGH数据库”,为国内外众多的癌症研究者广泛使用。

2) 癌症的基因解析

目前,我国每两个人中便有一个患有癌症,每三个人中便有一个死于癌症。食道扁平上皮癌(ESCC)已成为导致男性死亡的第七大顽症(2008年),开发出针对此疾病的确切的诊断,治疗及预防方法已迫在眉睫。我们(研究所)运用高精度基因序列解析食道扁平上皮癌细胞的基因拷贝数,在第一染色体长腕1q32-q41内发现了遗传因子的扩大领域,并确定SMYD2为新扩大的遗传因子候补(Komatsu et al., Carcinogenesis 2010)。有报告称,SMYD2可以通过对组朊H3K36及抑制癌症的因子p53的K370甲基化来调节遗传因子的拷贝,还可以保持p53的非活性化。在对食道癌患者进行手术的过程中,SMYD2高频率显现,尤其在恶性患者的病例中预后效果极差(图2)。同时,在降低SMYD2的功能而就细胞的增殖功能进行的分析研究表明SMYD2是ESCC的治疗因子候补。

同时也有研究通过对ESCC细胞的序列CGH进行解析发现了13q21.2均质的缺失,它的候补因子是Protocadherin家庭组员之一的PCDH17(Haruki et al., Carcinogenesis 2010)。即使检验不出均质的缺失,ESCC细胞以及手术过程中产生的DNA的甲基化,PCDH17的出现率也能降低。并且,该研究已经证明了PCDH17的出现率的降低与潜在的ESCC的淋巴节转移存在关联的可能性。对其功能的研究中发现PCDH17可以作为新的抑制ESCC的遗传因子。

 3) 癌症的epigenome解析

我们确立了以自行研发的BAC序列为平台,将DNA的甲基化领域以基因为单位进行区分的方法---BAC array-based MCA method (简称BAMCA法)(Inazawa et al., Cancer Sci, 2004, Review)(图3)。运用此方法我们成功找到了由于DNA的甲基化导致遗传因子功能丧失的神经芽肿癌(NB)的抑制因子。

NB是儿童肿瘤中发病率最高的癌症。但是,在这种疾病中存在着可以不用治疗却能自然消退,预后效果良好的物质。这种NB的自然消退机制产生的原因尚未被弄清,阐明此问题将为探索NB以及其他癌症的自然消退机制提供良好的契机。我们采用BAMCA法对NB细胞进行DNA的甲基化区分,发现LAPTM5 (Lysosomal-associated protein multispanning membrane 5)遗传因子的出现率在NB内经过甲基化时有所降低。研究发现LAPTM5在预后效果良好的NB肿瘤内的退缩部位变性NB细胞中出现率较高,并且具有诱导细胞死亡的作用。LAPTM5诱导性细胞死亡不仅揭示了基于溶酶体膜不稳定性的而导致的溶酶体细胞死亡的可能性,而且表明了其与NB自然消退现象的密切关联(Inoue et al., PLOS One 2009)。

5、先天性异常病症的基因解析

我们从2005年开始与国内设有遗传病研究的23所医疗设施联合组成了名为“OGH序列诊断法实用化的国际化支援团体”,以临床中诊断不出的伴有多发性奇怪病状的发育迟缓儿童(MCA/MR)为对象,试图从基因的异常方面来阐明疾病产生的原因。在第一次鉴别中,我们通过本实验室研制的染色体微细欠缺病症群诊断序列Genomic Disorder Array(简称GD序列)的解析,发现目前为止536例患者中有56例(10.4%)的疾病与基因拷贝数有关(图4)。针对GD序列的阴性疾病,我们在第二次的区分中,使用以全体染色体为目标的BAC序列---- Whole Genome Array-4500进行了详细的解析。到目前为止解析的353例病例中,66例检测出了CNV。我们参照患者双亲以及既有的数据库的数据考察这些CNV与病情的关系,发现有48例(13.6%)患者的CNV带有病原性质。我们从上述解析中可以发现多个儿童患者共通的病原性CNV,加之这些儿童呈现出一部分相似的病状,这就证实了探索染色体异常病状群的可能性,为此我们目前正在使用动物做详细的病情解析。

 

参考文献

Inazawa J, Inoue J, Imoto I: Comparative genomic hybridization (CGH) arrays pave the way for identification of novel cancer-related genes. Cancer Sci.95:559-63,2004

Komatsu S, Imoto I, Tsuda H, Kozaki K, Muramatsu T, Shimada Y, Aiko S, Yoshizumi Y, Ichikawa D, Otsuji E, Inazawa J: Overexpression of SMYD2 relates to tumor cell proliferation and malignant outcome of esophageal squamous-cell carcinoma. Carcinogenesis. 30:1139-46. 2009

Inoue J, Misawa A, Tanaka Y, Ichinose S, Sugino Y, Hosoi H, Sugimoto T, Imoto I, Inazawa J: Lysosomal-associated protein multispanning transmembrane 5 gene (LAPTM5) is associated with spontaneous regression of neuroblastomas. PLoS One. 4:e7099. 2009

Haruki S, Imoto I, Kozaki K, Matsui T, Kawachi H, Komatsu S, Muramatsu T, Shimada Y, Kawano T, Inazawa J: Frequent silencing of protocadherin 17, a candidate tumour suppressor for esophageal squamous-cell carcinoma. Carcinogenesis. 2010 [in press]

Hayashi S, Mizuno S, Migita O, Okuyama T, Makita Y, Hata A, Imoto I, Inazawa J: The CASK gene harbored in a deletion detected by Array-CGH as a potential candidate for a gene causative of X-linked dominant mental retardation. Am J Med Genet A.146A:2145-51, 2008

 

 

稻泽让治

1956年7月出生。

东京医科齿科大学顽疾疾病研究所 教授。

1982年毕业于京都府立医科大学,医学博士。

2006年获日本癌症学会JCA-Mauvernay Award奖

2008年获文部科学大臣科学技术奖(研究领域)

日本癌症学会理事,日本人类遗传学会理事

虽然不从事临床工作已达20年之久,但一直致力于阐明各种顽疾以及至今原因不明的遗传性疾病的原因,尽管成果甚微,将其用于治愈患者的初衷一直未变。

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