BRCA保有者の腫瘍分析が時間的隔離にもかかわらずゲノムの類似性を明らかにする

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BRCA1/2キャリアの腫瘍解析：異なる時間軸で見られるゲノム類似性

乳がん（Breast Cancer, BC）は、世界中の女性における最も一般的な悪性腫瘍です。その発症メカニズムの多くは散発性ですが、家族性の遺伝的症例は全体の5%から10%に過ぎません。乳がんに関連する分子変化の中で、BRCA1/2病原性遺伝子（Pathogenic Gene, PG）は最も研究されているもののひとつです。これらの遺伝子変異は高い浸透率を持ち、遺伝性乳がん・卵巣がん症候群（Hereditary Breast/Ovarian Cancer Syndrome）に関連しており、女性の乳がんおよび卵巣がんの発症リスクを大幅に高めます。乳がんのリスクは38%〜87%、卵巣がんのリスクは16.5%〜73%に及びます。また、BRCA1/2変異は、男性乳がん、膵臓がん、胃がん、前立腺がんなど他のがんとも関連しています。

本研究は、イスラエルのHebrew UniversityおよびHadassah Medical Centerに所属するTal Falick Michaeli氏、Avital Granit Mizrahi氏らの研究チームによるもので、2024年に『Discover Oncology』誌に掲載されました。この研究の目的は、BRCA1/2キャリアの乳がん発症における遺伝的修飾因子および外部環境の相対的寄与を調査し、特に早期生活事象の影響に焦点を当てることにあります。

研究の背景と目的

BRCA1/2変異キャリアの乳がんにおける特徴的な分子特性（例：突変署名3）は、長年研究の焦点となっています。しかし、遺伝的修飾因子と外部環境因子の相互作用がどのように腫瘍の特性や発症リスクに影響するかについては、まだ明らかになっていません。本研究では、同じ患者において異なる時期に発生した原発乳がんの分子特性を比較することで、腫瘍形成における遺伝的および環境因子の役割を明らかにすることを目指しています。また、2名の患者における原発性肺がんサンプルを分析し、異なる臓器間の腫瘍分子特性の違いも検討しました。

研究方法

本研究では、BRCA1/2変異を有する女性患者3名の腫瘍サンプルについて全エクソームシーケンス（Whole Exome Sequencing, WES）を実施しました。分析対象は、以下の通りです：

  • 6つの原発乳がんサンプル（各患者2つずつ）
  • 2つの肺がんサンプル（患者1名あたり1つずつ）

実験手順

  1. DNA抽出と品質評価:

    • ホルマリン固定パラフィン包埋（FFPE）切片からDNAを抽出。
    • DNAの質と量は、NanoDrop分光光度計、Qubit dsDNA HS Assay、Agilent 2100 Bioanalyzerを使用して評価。

  2. ライブラリ構築とシーケンス:

    • KAPA HyperPrepキットを使用してエクソームライブラリを構築。
    • Roche MedExome Nimblegenキャプチャキットを使用してエクソームキャプチャを実施。
    • Illumina NextSeq 500プラットフォームでシーケンスを実施。

  3. データ処理と変異解析:

    • BWA-MEM2を用いて、FASTQファイルを人ゲノムアセンブリGRCh38にマッピング。
    • Picardツールで重複配列を削除。
    • GATK Mutect2を使用して体細胞シングルヌクレオチド変異（SNV）を検出し、COSMIC突変署名データベースと照合。

  4. コピー数変異（CNV）解析:

    • CNVkitを使用して腫瘍と正常サンプルの間でコピー数変異を解析。
    • Enrichrなどのツールを用いて、CNVに関連する経路の遺伝子富化解析を実施。

  5. 統計解析と可視化:

    • 超幾何分布を用いて遺伝子群の重複の有意性を計算。
    • ベン図や棒グラフを使用して結果を視覚化。

研究結果

分子特性の類似性

同一患者における異なる時期の乳がん（初発がんおよび第二原発がん）は、顕著な分子特性の類似性を示しました。この結果は、以下を示唆しています：

  1. 類似したゲノム特性:

    • 初発乳がん（A群）および第二原発乳がん（B群）のコピー数変異解析において、それぞれ941個と448個の関連遺伝子を特定。
    • 両群で共有される56個の遺伝子が見出され、腫瘍特性の類似性をさらに支持。

  2. 突変署名解析:

    • A群およびB群のサンプルは、BRCA1/2変異特有の突変署名（例：署名3）を含む、類似した突変署名特性を示しました。
    • 異なる患者間では、乳がんサンプルは顕著な一致性を示しましたが、肺がんサンプルは大きく異なる分子特性を持っていました。

  3. 異なる臓器の腫瘍特性の違い:

    • 肺がんサンプルは乳がんサンプルとは異なる特性を示し、特有の突変署名や経路が特定されました。

外部因子の影響

乳がんは数年間隔を置いて発生し、患者は異なる治療や外部暴露（例：ホルモン療法、化学療法）を経験しましたが、研究結果では、これら外部環境が腫瘍特性に顕著な影響を及ぼさなかったことが示唆されました。この発見は、腫瘍形成における遺伝的修飾因子および早期生活事象の主導的役割を支持しています。

議論と意義

本研究では、同一患者の第二原発乳がんが初発乳がんと分子的に高度に類似していることを示しました。これにより、以下が示唆されます：

  1. 遺伝的修飾因子の役割:

    • BRCA1/2変異キャリアのゲノムの均質性が、腫瘍形成において主導的役割を果たしている可能性。

  2. 早期生活事象の長期的影響:

    • 早期の外部環境因子への暴露がゲノムに持続的な影響を与え、後続の腫瘍発症に寄与している可能性。

さらに、乳がんと肺がんという異なる臓器の腫瘍特性が大きく異なることは、腫瘍形成における臓器固有の微小環境の重要性を強調しています。

研究のハイライトと限界

ハイライト

  • 同一患者の複数の原発腫瘍を比較することで、遺伝的背景の影響を排除し、環境因子と遺伝修飾因子の役割を新たに理解。
  • CNV、SNV、突変署名、経路解析の包括的アプローチを採用。

限界

  • サンプルサイズが小さい（患者3名）ため、結論の普遍性に制限がある可能性。
  • 早期生活事象の具体的影響メカニズムに関するさらなる検討が必要。

結論

本研究は、BRCA1/2キャリアの乳がん分子特性の安定性を明らかにし、腫瘍形成における遺伝修飾因子と早期外部環境の重要性を強調しました。この知見は、個別化されたスクリーニングおよび予防戦略の策定に理論的基盤を提供するとともに、乳がん発症における遺伝型と表現型の相互作用を解明する将来の研究に方向性を示します。