タグ:ゲノミクス

[出典] "Noncoding regions are the main source of targetable tumor-specific antigens" Laumont CM, Vincent K [..] Thibault P, Perreault C. Sci Transl Med. 2018-12-05

概要
  • 癌抗原 (腫瘍特異的抗原; Tumor-specific antigens, TSAs)は癌免疫療法の格好の標的であるが、これまでに同定されたTSAsは僅かである。モントリオール大学の研究チームは今回、プロテオゲノミクス (YouTube日本語字幕付き) (proteogenomic Wikipedia引用下図参照)の手法により、proteogenomics
    マウス細胞株とヒト初代細胞においてノンコーディング領域に由来するTSAsを多数同定し、マウスにおいて、今回同定したTSAsを標的とするワクチンが白血病の治療と予防をもたらすことを示した。
背景
  • CD8陽性腫瘍浸潤リンパ球 (tumor infiltrating lymphocyte, TILs)は一般にネオ抗原(腫瘍に特異的な変異を帯びた抗原;  mutated tumor-specific antigens, 以下mTSAs)を認識するとされているが、TILsの一部は、変異を帯びていないが癌細胞に特異的に異常発現する抗原 (aberrantly expressed TSAs, 以下aeTSAs)を認識する。
  • これまでTSAs同定は専ら、腫瘍細胞のエクソーム・シーケンシングから腫瘍特異的変異を同定しMHC結合を予測するreverse immunology の手法に基づくmTSAs同定であった。しかし、この手法による推定mTSAsの偽陽性率が90%にもおよびまた偽陽性率を低減する手法を経て得られるmTSAsは極めて少数に止まっていた。
  • 一方で、適切なハイスループット検出法が存在せず探索が進んでいなかったaeTSAsには、腫瘍型特異性が高いmTSAsに対して、腫瘍型共通性が高いことを期待できる。また、エクソームはゲノムの2%に止まりゲノムの75%が転写・翻訳され、癌変異の99%がノンコーディング領域で同定され、ノンコーディング領域から多数のMHCペプチドが翻訳され、その一部がTILsと自己反応性T細胞の標的であることが報告されている。
マウス細胞株とマウス免疫 (樹状細胞ワクチン)
  • 研究チームは、RNA-seq、LC-MC/MSおよびデータ蓄積・解析に基づくプロテオゲノミクスのワークフローを開発し(原論文Fig. 1参照)、大腸癌細胞株CT26とマウスリンパ腫・Tリンパ球様EL4細胞株の2種類のマウス癌細胞株においてmTSAsに加えてaeTSAsを探索した。
  • マウス細胞株からmTSAs6種類とaeTSAs11種類を発見し、そのうちEL4細胞由来の抗原でパルスした樹状細胞でC57BL/6マウスを2回免疫し、抗原依存で150日生存率が10%から100%に至り、また、新たなEL4細胞に対する抵抗性が付与されることを見出した。また、このTSAワクチンがもたらす抗腫瘍性応答は、TSAs発現量と免疫前レパトアにおけるTSA応答T細胞の頻度の2種類のパラメーターに依存することも見出した。
ヒト初代細胞の結果を加えたTSAsランドスケープ
  • マウス細胞株に続いて、ヒトについても、エクソン変異が極めて少数のB-ALL初代細胞4種類と肺癌由来初代細胞3種類から、2種類のmTSAsに加えて、20種類のaeTSAsを同定した。
  • 以上、マウスとヒトの39 TSAsのうちタンパク質コーディング領域由来は4種類であった。一方で、2種類がコーディング・エクソンのアウト・オブ・フレーム翻訳由来、33種類がノンコーディング領域由来であり、そのほとんどに変異は見られなかった。すなわち、今回見出したTSAsの90%がこれまでのエクソームの変異に注目したmTSAs探索では見落とされていたaeTSAsであったことになる。
  • マウスTSAワクチンの効用に影響を与える2種類のパラメーターはヒト細胞でも測定可能なことから、臨床応用にあたってワクチンの標的として有望なTSAsの選定も実現可能と思われる。

出典
  • Scientists downsize bold plan to make human genome from scratch. Dolgin E. Nature 2018 May 1.
  • Genome ‘writers’ set their first goal: recoding human cells to resist viruses. Begley S. STATS News2018 May 1
  • GP-write Announces ‘Ultra-safe Cells’ as Featured Community Project. GP-write BLOG
経緯
ボストン会合
  • 2018年ボストン会合で、ヒトゲノム全合成を遥かに望む地点から模索されてきたGP-writeの当面の目標が、ヒトゲノムの書き換え(recode)によるウイルス感染耐性を備えた"ultra safe"ヒト細胞株樹立に設定された。ウイルス耐性ヒト細胞株樹立は、2016年当時にヒトゲノム全合成に必要な技術開発のために提案されていたパイロットプロジェクトの一つである。
  • "ultra safe"ヒト細胞株開発は第三者である合成生物学者からも「具体的な応用が見える目標」として評価する声が上がっている。ウイルス・プルーフ"ultra safe"ヒト細胞株によって、ウイルス汚染のリスクを伴わないワクチン、抗体、バイオ医薬品の開発生産や細胞療法が可能になる。
  • GP-writeの資金集めは当初計画に遥かに及ばない状況である。いずれにしても、現時点で10塩基対の合成コストはおよそ1US$と見積もられ、ヒトゲノム30億塩基対を「書く」には天文学的経費を要する。酵母ゲノム全合成 (Sc2.0)に取り組んでいるJef BoekeやCRISPR技術を含む幅広いゲノム工学研究を進めているGeorge Churchらと共にGP-writeプロジェクトをリードしているNancy Kelleyは、「細胞株に焦点を絞ったことで、資金集めに展望が開ける」としている。また、GP-writeのグループは一方で、ウイルス・プルーフ"ultra safe"ヒト細胞株の開発過程で、ゲノム全合成に必要な技術開発とコストダウンを実現していくことを目論んでいる。
  • "ultra safe"ヒト細胞株の開発は、ChurchらによるE. coliの "genomically recoded organism (GRO)" 作出 (Science 2013; Science 2016)、すなわちコドンの書き換え (recode) 、に準拠する。Science 2013 論文は、E. coliを損なうことなくrecodeが可能なことに加え、recodeによってE. coliがバクテリオファージT7ウイルスに対する耐性を獲得したことを報告している。
  • "ultra safe"ヒト細胞株は、「ヒト細胞において、冗長な遺伝暗号について内在コドンを同義コドンに書き換え内在コドンに対応するtRNAを削除しておくと、ヒト・プロテオームの恒常性が維持される一方で、recode前のコドン体系の宿主機構を乗っ取って増殖していたウイルスはrecode後のコドン体系の宿主では必要なタンパク質を発現させることができなくなり、結果的に、ウイルス・プルーフの"ultra safe"ヒト細胞株が実現」という戦略に基づいている。
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出典
背景
  • Saccharomyces cerevisiaeの必須遺伝子は、全遺伝子~6,000の~17%にあたる1,000種類とされている (Nature, 2002)。
  • トロント大学のB.J AndrewsとC. Booneならびにミネソタ大学のC. L. Myersをリーダとする研究グループは2016年にニ遺伝子間相互作用 (digenic interactions、以下 Di-int)の解析結果をScience誌に発表していたが今回、三遺伝子間相互作用(trigenic interaction、以下 Tri-int)の解析結果を同誌に発表した。
2016年論文
  • 2016年論文では、2,300万を超える酵母二重変異体を研究資源として整備し、個々の遺伝子変異から予測されるよりも適応度が向上する場合の正のDi-int ~35万種類と、予測よりも適応度が低下する場合の負のDi-int ~55万種類が報告されていた。この負の相互作用には、単独では致死に至らない3,000種類を超える非致死遺伝子が関与する合成致死相互相互作用10,000種類が含まれていた。Di-intに起因する合成致死は、遺伝子の必須性が絶対的な属性ではなくコンテクストに依存することを意味する。
2018年論文の手法
  • 今回の2018年論文では、Tri-intが適応度 (コロニー形成性)における負の相互作用に注目して解析した。酵母の二重変異体は~1,800万株であるが三重変異体はその2,000倍の~36億株に及び、三重変異体を網羅的に整備することは非現実的である。
  • 研究グループは、302種類の1遺伝子変異株と151種類の2遺伝子変異株を'query'株として一定の基準 (原論文 Fig.1-A参照)で選抜し、主要な生物学的過程 (biological processes)に関与する遺伝子変異 (192必須遺伝子または990非必須遺伝子の変異)を帯びた1,182変異株を'diagnostic'株として交雑した株 (原論文 Fig.1-B 参照)の適応度を判定した。
2018年論文の成果
  • ~400,000株の二重変異体と~200,000セットの三重変異体の適応度を評価し、負のDi-Int ~9,500組と負のTri-Int 3,200組を同定した。~200,000セットは、可能な三重変異体の∼0.0006%に過ぎないが、Tri-Int に独特な作用が存在することなど明らかになった。
  • 負のTri-Intの3分の2は負のDi-Intを内包しDi-intが細胞生存に中心的な役割を果たしていることが示唆された一方で、負のTri-intの3分の1は負のDi-intとは独立であり、Tri-int 独特の作用が存在することが明らかになった
  • Tri-Intが適応度に与える作用はDi-Intよりも弱いが、いわゆる必須遺伝子がハブとなっているTri-Intは互いに遠縁な細胞過程に属する遺伝子間を橋渡し([展望]挿入図参照)、細胞過程全体におけるTri-Intの広がりがDi-Intの広がりの~100倍以上と見積もられた。
  • 酵母の最小ゲノムは、Di-intTri-int の存在によって、いわゆる必須遺伝子セットよりもはるかに多くの遺伝子セット (全遺伝子の~70%)で構成されると想定される。

(創薬等PF・構造生命科学ニュースウオッチ 2016/01/24

  • CytoscapeGalaxyGenePatternGenomicaIntegrative Genomic Viewer (IGV)、ならびにUCSC Table Browserの開発チームのコンソーシウム共同開発.参画機関は、UCSD、Broad Institute、Stanford University、Weizmann Instituteならびに Pennsylvania State Universityであり、Nature Methods 論文の責任著者はBroad InstituteのJill P. Mesirov
  • 解析ツールを切れ目なく追加していける 'tool launch pad'と、自動的に適切なデータ変換を行い異なるツール間でのデータのやりとりを可能にする 'data highway’を介して、プログラミングをすることなく、さまざまな解析ツールとデータベースを組み合わせた解析を進められる環境を開発提供.
  • また、非プログラマ(non-programmers)向けに、データ解析のモジュールとなるデータ操作と短いワークフローを用意(’recipes’; レシピ): GenomeSpaceへのデータロード;ツール間でのデータの受け渡し;GenomeSpaceツールを利用したデータ解析(13種類の参考例)が用意されている.
  • レシピのクラウドソーシングを期待して、レシピの登録窓口を用意.
  • Webサイトはこちら → GENOMESPACE: Frictionless connection of bioinformatics tools
    GENOMESPACE

(創薬等PF・構造生命科学ニュースウオッチ 2016/01/24

  • [目的] エピゲノム修飾因子/タンパク質が発がん性に関与する機構研究の基盤(dbEM: database of Epigenetic Modifiers
  • [概要] 腫瘍サンプル、がん細胞株および健常サンプル由来の167種類の修飾因子/タンパク質(DNAメチル化酵素;ヒストン脱アセチル化酵素;ヒストンアセチル化酵素;ヒストンメチル化酵素;ヒストン脱メチル化酵素)
  • [データ項目] 遺伝子変異;遺伝子発現;コピー数多型;必要度(essentiality);配列と構造;翻訳後修飾;薬剤/阻害剤(54種類の低分子)
  • [一次データ(情報源)など] 文献;Catalogue of Somatic Mutation in Cancer (COSMIC);Cancer Cell Line Encyclopedia (CCLE)、1000人ゲノムプロジェクトdbPTM (翻訳後修飾のデータベース);COLT-cancer database (72種類のがん細胞株由来16,000遺伝子の必要度データ);HMMERからのHMMプロファイル;PSSMプロファイルHH suite 2.0.16とModeller 9.13による構造モデル;PDB, DrugBank, PubChemへのリンク
dbEM1  dbEM

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