日本人症例を中心とした大規模な肝細胞がんゲノム解読

記者発表会

独立行政法人

国立がん研究センター

平成２６年１０月３０日

平成２６年１０月３０日2

国立がん研究センター 研究所 がんゲノミクス研究分野 分野長東京大学 医科学研究所附属ヒトゲノム解析センターゲノムシークエンス解析分野教授

柴田 龍弘

研究成果の説明

Nature Genetics, doi:10.1038/ng.3126

肝細胞がんについて 肝細胞がんは、肝がんの90％を占めており、日本での肝がんの死亡数は第5位（2013年人口動態統計）で、世界全体でも肺がんに続いて第2位を占めています（WHO Cancer Fact Sheet update 2014）。日本を含めた東アジア・アフリカに多いが、

近年欧州や米国でも患者数が増加しており、国際的にも新規治療法開発などが望まれている重要ながん。

肝炎ウイルス (HBV, HCV)感染が重要な発症危険因子であり 、HBVは日本を除くアジア・アフリカで多く、HCVは日本・欧米で多い。特に本邦では、血液凝固因子製剤投与によるC型肝炎（薬害肝炎）を背景とした肝がん発症も重大な問題となっている。

最近では、有効な肝炎ウイルス治療が開発されたため、非ウイルス性（アルコール性肝炎、肥満、糖尿病等）肝がんの割合が日本では漸増している。

肝細胞がんの罹患率

5年生存率は約28%と、膵がんや肺がんと並んで予後不良な難治がんの1つ。手術療法、経皮的ラジオ波焼灼療法、血管塞栓療法などが行われているが、分子標的抗がん剤ではマルチキナーゼ阻害剤ソラフェニブしか認可されておらず、十分な治療法開発が進んでいない。

3

• ヒトゲノムプロジェクト・HapMapプロジェクトに継ぐ第3の国際共同ゲノムプロジェクトとして、2008年4月に発足。現在17の国と地域が参加。

• 50種類のがん（亜種を含む）について各500症例の包括的かつ高解像度のゲノム解析を行い、がんのゲノム異常の包括的カタログを作成し、この網羅的がんゲノム情報を研究者間で共有および無償で公開することで、がんの研究および治療を推進することを目的とする。

• 我が国には、特に日本・アジアに特徴的ながんの解明に関して国際貢献が望まれており、国立がん研究センター・理化学研究所・東京大学が共同で、肝細胞がんを対象としたプロジェクトを開始している。

国際がんゲノムコンソーシアム（International Cancer

Genome Consortium: ICGC)とは

4

ICGC参加国並びに開始しているプロジェクト

詳細なプロジェクト内容については、https://icgc.org/を参照。

右記17カ国（European Unionを含む）が74のプロジェクトを開始している。

5

2011年世界で最初にC型肝炎陽性肝細胞がんの全ゲノム解読を報告 (国立がん研究センター・東京大学先端科学技術研究センターの共同研究）

2012年様々な臨床背景を持つ27症例の肝臓がんの

全ゲノム解読を報告 (国立がん研究センター・理化学研究所の共同研究）

2011年7月に第5回国際会議を京都にて開催

（東日本大震災のため、会場を京都に変更したが、120名を超える海外研究者が参加）。

(Nature Genetics, 2011) (Nature Genetics,

2012)

2013年国際共同研究によるがん遺伝子変異

シグネチャーの同定 (国立がん研究センターを含む7カ国の共同研究） (Nature, 2013)

国際がんゲノムコンソーシアムにおける国立がん研究センターのこれまでの研究成果と貢献

6

今回の研究成果

日米共同研究として日本人症例を中心とした大規模な肝細胞がんゲノムを解読することで、

遺伝子異常である30個のドライバー遺伝子を同定、中でもテロメラーゼ遺伝子異常が最も高頻度（約70%）であることを発見。

分子標的候補の発見と既存阻害剤の有効性を示唆

肝炎ウイルス以外の民族特異的な発がん要因の存在を推定

7

Identical Promoter MutationIdentical Missense MutationInactivate MutationFocal_ampFocal_delOther Mutation

00.5

TERTCTNNB1TP53ARID2AXIN1TSC2RB1ACVR2ABRD7CDKN1A

MEN1

GALNT11

FGF19CCND1ARID1ACDKN2ACDKN2BRPS6KA3NFE2L2NCOR1ADH1BSRCAPFCRL1PTENHNRNPA2B1CYP2E1MAP2K3TSC1TMEM99

G6PC

図１：今回の研究で同定された３０個のドライバー遺伝子（左）と１１のがん関連分子経路（右）

Beta-catenin

NOTCH

Chromatin remodeling

DNA repair

Synaptic

ERBB

mTOR

NFKBIA

RBPJ

RELA

NFKB1

CTBP1

PSMD14

PSMB7PSMD5

PSMD10 PSMA5

PSMD7

PSMB4

PSMC3PSMC5

PSMD3 PSMC4PSMD12

PSMD1 PSMD2 PSMC2 PSMC1

SAP30

NCOR1

SP1

EP300

HEY2

PSMA4PSME4 PSMB3

PSMB8

PSMD4

PSMD8

PSMB2

PSMC6PSMD13

PSMD11

PSMA2

PSMB6

NOTCH3

PSMA1

PSMA7PSMB1PSMA3

PSMA6

PSMD6

PSMB10

PSMB5

TP53

NCOR2

SPEN

HDAC1

YY1KAT2B

HDAC2

SNW1

KAT2A

ITGA3

LAMB2

LAMA5

ITGB1

PLGITGB4 LAMA1

LAMC1

PLAT

FGA

RIPK1

CASP10

FAS

BID

CFLAR

TNFRSF1A

FADD

TRADD

TNFRSF10B CASP8

MAP2K2

NGF

ITGB3

ITGA6

PDGFA

MYD88

PDGFB

PTK2B

MAP3K5 MAP2K7 XIAP

TRAF6

BIRC3IRAK1 CASP7

CASP9

MAP2K4 BIRC2

TRAF2CASP3

IKBKB

IKBKG

CHUK

FGB

SERPINC1 FGG

F2RF2

PROC

ITGA2B

F7

F10

LAMB1

TFPI

NOTCH4

MAML1

BCL2

NCSTN

MAML3

NOTCH2

NOTCH1 DTX1

ADAM10

PSEN1

DLL1

FANCC

FANCF

FANCG FANCE

FANCA

FANCL FANCD2

SMARCB1 ACTL6A

ARID2 SMARCD1

SMARCC2

ARID1A

SMARCE1 SMARCA4

SMARCC1

RFC1

BRCA1

MSH6

RBBP8

MSH2

BLM NBN

CHEK1

MRE11A RAD50

CHEK2

RAD51

ATR

AR

PRKDC

RUNX2

ATM

NCOA6

RBBP4

SMARCA2

NCOA2

XRCC6

JUN

SIN3A

KDM1A

ESR1

MDM2

CREBBP

MED1

NCOA1

RICTOR

MTOR

MAPK3

NGFR

MAP2K1

MAPK1

ABL1

KDR

TP73

MAPKAP1

TSC1

CDKN1B

TSC2

RAF1

YWHAE AKT1

DSP

ACTBMYC

RB1

CDK4

SOS2

PLCG2

HRAS

PDGFRB

PDGFRA

PIK3CG

ERBB3

PIK3CB IGF1

IGF1R

PIK3CA

MLST8

EGFR

PIK3R1

PIK3R2

RAC1

SHC1

CDH1

NSF

SPTAN1

PIK3R3 TGFBR2

ERBB4

FYN

NRG2 SRC

PTPN11

EGF

SOS1

EREG

PLCG1

CBL

IQGAP1

CTNND1

ERBB2

CTNNA1

JUPCDC42

CDH2

SFN

GSK3B

LEF1

GRIA2

PICK1

CALM1

CAMK2A

DLG1

CAMK2G

PRKCG

GRIA1

APC

ILK

DVL1

GRIA4

AURKA CTNNB1

YWHAH AXIN1

YWHAG

YWHAB

MARK2

PRKACA CSNK1A1

YWHAQ

TGFBR1

SMAD4

YWHAZ

CCND1

HSP90AA1

CDKN1A

FOXO1

HIF1A

TERT

XRCC5

TEP1

SMAD2

POLR2A

NCOR

Fibrinogen

Chromatin RemodelingDNA repairERBBFibrinogenNCORNOTCHSynapticTERTTP53Beta CateninmTOR

今回の解析で新たに同定された13個の肝臓がんドライバー遺伝子

8

B型肝炎ウイルスの挿入

TERT遺伝子のコピー数増加

TERT遺伝子の発現制御領域の異常

B型肝炎陽性肝臓がん

C型肝炎陽性肝臓がん

非ウイルス性肝臓がん

5.3%

64%

8.1%

59%

22%

7.6%

43%

68.4%の症例でTERT遺伝子の異常認める

68.1%の症例でTERT遺伝子の異常認める

65.8%の症例でTERT遺伝子の異常認める

TERT遺伝子のコピー数増加

TERT遺伝子の発現制御領域の異常

肝臓がんで最も高頻度なドライバー遺伝子としてテロメラーゼ(TERT)遺伝子を同定

TERT遺伝子のコピー数増加

TERT遺伝子の発現制御領域の異常

註：２種類の異常が同じ症例で起こっている重複が一部に見られるため、各異常の総和と全体の比率は一致していない。

肝臓がん全体では、約70%(68%)の症例でTERT遺伝子のゲノム異常を認める。

細胞の不死化、がん化に重要な働き

Nature Structural & Molecular Biology 20, 10–12 (2013) より引用

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今回の研究成果

日米共同研究として日本人症例を中心とした大規模な肝細胞がんゲノムを解読することで、

遺伝子異常である30個のドライバー遺伝子を同定、中でもテロメラーゼ遺伝子異常が最も高頻度（約70%）であることを発見。

分子標的候補の発見と既存阻害剤の有効性を示唆

肝炎ウイルス以外の民族特異的な発がん要因の存在を推定

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Figure 3

switchablecomponent

TP5337%31%

CDKN1A1%1%

CCNE12%0%

RB120%4%

CDKN2A20%2%

CCND16%0%

Cell Cycle Progression

Apoptosis

p16

p14

FBXW716%<1%

ATM6%4%

mutation

Gene

CNAactivatedinactivated

percent of cases

inhibition activation

p53/Rb pathway

(altered in 72%, 68% by SG)

SMARCA210%2%

SMARCA410%1%

ARID1A17%8%

BAF170

BAF53

β-Actin

ARID22%10%

SMARCC14%<1%

ARID1B15%<1%

BAF60

PTEN

TSC1

TSC2

10%1%

2% 8%

5% 14%

PIK3CA

<1%1%

Akt

STK1111%<1%

mTOR

Proliferation,Survival

INPP4B16%1%

PI3K/mTOR pathway (altered in 45%,

26% by SG)

NF13%4%

SMARCB16%<1%

SMARCE13%

Ras

CTNNB1

31% <1%

WntTargetGenes

AXIN1

15%6%

APC

4%2%

CCND1Transcription

NCOR1

2% 29%

FGF19

0% 6%

-catenin pathwayβ(altered in 66%, 51% by SG)

<1%

RPS6KA35%4%

KEAP111%2%

CUL33%0%

NFE2L2<1%5%

Oxidative Stress Response

Nrf2/Keap1 pathway

(altered in 19%, 5% by SG)

BRD716%2%

Nucleosome Remodeling

chromatin remodeling (altered in 67%,

41% by SG)

SETDB1<1%2%

HistoneModification

NCOR1

2% 29%

SRCAP10%3%

HBV

2%

MLL42%2%

CTNNB1 mutationAXIN1 mutation

APC mutationCCND1-FGF19 amp.

NCOR1 mutationRB1 mutation

CDKN1A mutation

truncating mutation missense mutation amplification (>=4 copies) amplification (>=8 copies)

230 altered cases (51%)

SG, statistically significant gene(by MutSigCV or GISTIC)

a

b

KDM6A5%1%

がん細胞増殖・生存

図2 肝細胞がんにおけるPIK3CA/mTOR経路の異常

経路

PIK阻害剤

mTOR阻害剤

全体の45%の症例で、この分子経路に何らかの異常を認める。

治療薬開発

11

今回の研究成果

日米共同研究として日本人症例を中心とした大規模な肝細胞がんゲノムを解読することで、

遺伝子異常である30個のドライバー遺伝子を同定、中でもテロメラーゼ遺伝子異常が最も高頻度（約70%）であることを発見。

分子標的候補の発見と既存阻害剤の有効性を示唆

肝炎ウイルス以外の民族特異的な発がん要因の存在を推定

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がんにおける体細胞変異シグネチャー（＝特徴）の抽出

…… CCT …….

…… CAT …….

正常

がん

突然変異によって置換された塩基 (C→A)に加えて、その前後の配列 (5’ Cと3’ T)の情報を使う。塩基置換のパターンは 4C2の６通り*、前後の配列を入れると4x6x4=96通りに分類できる。

がんゲノム変異データ

Non-Negative Matrix Factorization（非負値行列因子分解）による解析

顔画像からの特徴（シグネチャー）抽出

がんゲノム変異情報から特徴となるシグネチャー抽出

（* strandの区別をしないので、G→AとC→Tは同じに扱う。）

と、同じ解析手法

（これまでがんゲノムの解析には用いられたことのない点で学際的な手法）

(A, G, C, T )-A-(A, G, C, T)の16通りの変異についてそれぞれ分布を示す。

CがAに変化する突然変異が多いパターン

13

体細胞変異シグネチャーは特徴的な発がん要因と関連している

BRCA遺伝子変異

加齢

原因となる発がん要因

喫煙

紫外線

変異シグネチャー

CがAに変化する突然変異が多いパターン

同じ原因で発生したがん症例

未知の発がんの原因を共有している症例

原因に基づくがんの分類・新たな発がん要因の探索

PC1 PC1

日本人欧米人米国居住アジア人種アフリカンアメリカン

B型肝炎C型肝炎非ウイルス性

PC

2

PC

2

P= 2.2e-16 P=0.35

図３(A) 突然変異の分布と臨床背景（人種・肝炎ウイルス）との関連

突然変異の分布と患者さんの人種背景には強い相関が見られた。一方肝炎ウイルスの種類とは関連が見られなかった。

15

今回の研究では、世界で初めて異なる人種背景をもったがんゲノムデータの比較を行った。

0

0.05

0.1

C>A C>G C>T T>A T>C T>G

AA AC AG AT CA CC CG CT GA GC GG GT TA TC TG TT

0

0.05

0.1

0

0.05

0.1

B型肝炎陽性症例

肝炎ウイルスのタイプと突然変異の分布は相関しない

C型肝炎陽性症例

非ウイルス性症例

16

全てのサンプル 日本人の肝臓がん 米国居住アジア人種の肝臓がん

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

シグネチャー C

シグネチャー A

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

シグネチャー B

0.15

0.1

0.05

0

0.15

0.1

0.05

0

0.15

0.1

0.05

0

図３ (B) 肝炎ウイルス以外の民族特異的な発がん要因の存在を推定

欧米人種の肝臓がん

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

シグネチャーA

シグネチャー C

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

シグネチャー C

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

シグネチャー C

C>A

C>G

C>T

T>A

T>C

T>G

シグネチャーB

原因 日本人米国居住アジア人種／中国人 欧米人種

シグネチャー A 不明

シグネチャー B 不明

シグネチャー C 年齢

特徴的な変異シグネチャーには、それに対応する発がん要因が存在することが知られており、この結果から民族特異的な（各民族で強く作用している）発がん要因が存在していることが推定される。

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今回の研究の意義と今後の展開

1. 本邦における肝細胞がんの新たな分子診断・治療法開発への貢献

本研究によって今後肝細胞がんに対する個別化診断・分子治療戦略を考える上で着目

すべきゲノム異常をあらかじめ包括的に検討することができ、抗がん剤開発推進におい

て非常に有用な知識基盤となる。とりわけ本研究は日本人症例を中心に解析しているこ

とから、日本人における肝細胞がん治療開発推進に重要な貢献が期待される。

今回同定されたドライバー遺伝子に対する臨床開発の状況（肝がんだけではなく全てのがんについてのデータ）

1. テロメラーゼ阻害剤: 現在3種類の薬剤が臨床試験中imetelstat/GRN163L（米国でフェーズ2試験）, KML-001/sodium metaarsenite,

GV1001（テロメラーゼに対するワクチン）

2. mTOR阻害剤： 2010年にTemsirolimus/Toriselが腎臓がんを対象として、Evelolimusが膵神経内分泌腫瘍を対象として国内承認

現在更に22種類の薬剤が臨床試験中

3. PIK阻害剤：2014年にIdelalisibが血液腫瘍を対象として米国にて承認現在更に33種類の薬剤が臨床試験中（国立がん研究センターにもおいても一部臨

床試験を実施中） 18

2. 新たな肝細胞がん発がん要因の解明と予防研究への展開

シグネチャー4

シグネチャー7

シグネチャーA

喫煙（肺がん）

紫外線（悪性黒色腫）

??（日本人 肝細胞がん）

既知の発がん要因と変異シグネチャーの相関

本研究は、これまで肝細胞がんの危険因子として知られている肝炎ウイルス

感染とは異なる、日本人において特徴的な未知の発がん要因が存在する可

能性を明らかにした。

この要因は現在本邦で急激に増加している非肝炎ウイルス性肝細胞がんに

も同様に寄与している。

今後はこの原因を明らかとするための研究を進めることで、肝細胞がんの罹患

率、しいては死亡率削減に寄与する予防への貢献が強く期待される。

原因（がん種）

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