[出典]
論文紹介 (Research Briefing) "A blueprint to discovering synthetic lethal gene interactions for precision oncology" Fong SH, Ideker T. Nat Genet. 2014-12-03. https://doi.org/10.1038/s41588-024-02024-x
論文 "A multilineage screen identifies actionable synthetic lethal interactions in human cancers" Fong SH [..] Ideker T. Nat Genet. 2024-11-18. https://doi.org/10.1038/s41588-024-01971-9 [所属] UCSD
課題設定
プレシジョン・オンコロジーは、患者の腫瘍から発見された特異的な脆弱性を利用する薬剤を開発することを目的としている。精密な（患者特異的）創薬標的を同定するための主要なアプローチは、合成致死に基づいている。合成致死は、腫瘍の進化の過程で第一の遺伝子が破壊されると、第二の遺伝子の機能に依存する現象であり、これを利用することで、特定の遺伝子を標的とする腫瘍特異的な致死を誘導することができる。この合成致死のアプローチの成功例として広く知られているのが、ポリ (ADPリボース) ポリメラーゼ1（PARP1）タンパク質の阻害であり、BRCA1 や相同組換えに基づくDNA修復に関与する他の遺伝子に変異を有する乳がんや卵巣がんにおいて標準治療となっている。このPARP阻害剤が初めて臨床使用が2014年に承認されてから10年になるが、他の合成致死治療薬の登場は遅れている。主要な障害は、合成致死相互作用が、それが発見された当初の腫瘍の状況や遺伝的背景の外では再現することが困難であることであり、これは「相互作用の浸透性が低い」として知られる効果である。
課題解決
腫瘍全体に高度に浸透し、臨床的に作用可能な合成致死相互作用のリソースを作成するために、UCSDの研究チームはSCHEMATIC（Synthetic-lethals Conserved across HEterogeneous Models for Actionable Therapies In Cancer / 癌療法の標的として意味がある異種モデル間で保存された合成致死）と呼ぶスクリーニング戦略を実施した。SCHEMATICは、ヒトの種々のがん全てに共通し、かつ対処可能な合成致死相互作用のコアセットを同定する取り組みである
最初のステップでは、多くの既知の（あるいは予測される）治療可能遺伝子を含む、腫瘍の分子経路に関与する遺伝子の対になる組み合わせを標的とした、コンビナトリアルCRISPRノックアウト・ライブラリーを作成した。次に、このライブラリーを、乳がん、食道がん、肺がんの異なるタイプを代表する7種類の腫瘍細胞株でスクリーニングした。その結果得られた増殖パターンを解析し、浸透性の高い（すなわち、すべての細胞株で繰り返し強固に生じる）合成致死的相互作用のコアネットワークを検出した。高感度の検出、細胞プロセスの網羅性、生物学的解釈可能性を得るために、データは一対の遺伝子間の相互作用だけでなく、多遺伝子分子システムとの相互作用についても解析された。最後に、合成致死的相互作用をハイスループット薬剤感受性スクリーニングでテストし、がん変異と治療薬に対する感受性との予測関係につながるものを同定し、浸透性の高い（遺伝子×遺伝子）相互作用を（突然変異×薬剤）相互作用に変換した。この過程を経て、第一の遺伝子の突然変異が第二の遺伝子の薬剤感受性を予測するかどうかを検証し、浸透性が高く、臨床的に作用可能な266件の合成致死相互作用が特定された [論文Fg. 1参照]。
検出された全合成致死相互作用の約3分の1は、腫瘍型を超えて浸透していることがわかった。このような浸透性の相互作用は、非浸透性の相互作用に比べて、（変異×薬剤）スクリーニングで検証される可能性が有意に高かった。主要な結果のうち、DNA損傷応答の中心的なエフェクターであるCHEK1 に変異を持つがん細胞は、細胞増殖と生存の重要な制御因子であるAKT1の阻害に対して一般的に感受性が高いことが同定された。この相互作用は、Genomics of Drug Sensitivity in Cancer (GDSC)ファーマコゲノミクス・データベースでプロファイリングされた5種類のAKT阻害剤で観察された。また、PARP1 のパラログであり、新たな創薬ターゲットであるPARP7 を中心とした浸透性合成致死相互作用についても検討し、ヒストン修飾酵素をコードするKDM5C やKDM6A に変異のある腫瘍細胞では、PARP7の阻害が非常に有効であることを示した。
意義
SCHEMATICは、がんにおける浸透性の高い合成致死相互作用のエビデンスを構築するためのアプローチを提供し、標的治療法として将来検討すべき多くの説得力のある手がかりを生み出した。多くの腫瘍の系譜を貫通する相互作用の割合（30％以上）は、限られた証拠に基づく従来の想定よりも大幅に高く、このような相互作用が多数存在することを示唆している。
ヒトの遺伝子ペア、腫瘍のサブタイプ、潜在的な薬物治療の組み合わせ空間が非常に大きいことを考えると、この最初のSCHEMATICスクリーニングでは、これらの次元のカバレッジを合理的にバランスさせようと努めた。従って、これまでで最大規模のコンビナトリアルCRISPRスクリーニングであるにもかかわらず、腫瘍のコンテクストと遺伝子のほんの一部しかカバーしていない。今後の研究では、CRISPRスクリーニングの幅と深さを広げ、腫瘍の種類とゲノム背景の数と多様性を増やすことによって、これらの限界に対処することが必要である。
SCHEMATICは、新たなコンビナトリアル（遺伝子×遺伝子）CRISPR KOスクリーニングを用いて、既存のファーマコゲノミクス・データベースから特定の（変異×薬剤）相互作用の証拠を探るための候補相互作用を同定した。将来的には、患者の腫瘍や患者由来の異種移植片における薬剤の有効性を評価するために、検証作業が拡張されるかもしれない。このようなデータは、現在のところ、腫瘍サンプルと薬剤の範囲において限定的であるが、細胞株やマウスモデルからヒトに至るまで、臨床応用範囲に及ぶエビデンスに対して合成致死性を評価することが可能となる。
論文の背景
この研究は、多くの合成致死関係が、最初に報告された特定の細胞系列以外では再現性がないという難問が動機となって始められた。多系統間の相互作用の強固なネットワークを見つけるために、腫瘍型の多様性とサンプル数を大幅に増やすアプローチを選択した。もう一つの重要な点は、デュアルCRISPRスクリーニングに続いて、薬剤感受性を系統的に試験し、各相互作用を支持する証拠をさらに強化したことである。その結果得られた合成致死ネットワークは、新規治療薬の開発のみならず、臨床における薬剤選択にも大いに役立つものである。
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