非小細胞肺癌における選択的スプライシングのグローバルプロファイリング：新たな組織学的および人種間の差異を明らかにする

学術的背景

肺癌は米国で最も頻繁に診断されるがんの一つであり、特に非小細胞肺癌（NSCLC）がその大部分を占めています。その中でも、肺腺癌（LUAD）と肺扁平上皮癌（LUSC）が最も一般的なサブタイプです。肺癌の分子メカニズムに関する研究は大きく進展していますが、アフリカ系アメリカ人（AA）などの少数派集団は、肺癌研究において十分に代表されていません。アフリカ系アメリカ人男性は、ヨーロッパ系アメリカ人男性（EA）に比べて肺癌を発症しやすく、発症率と死亡率も高いことが知られています。この差異は、医療資源へのアクセスや治療決定の違いに一部起因しています。

近年のゲノム研究では、選択的スプライシング（Alternative Splicing, AS）ががんの発生と進展において重要な役割を果たすことが示されています。選択的スプライシングとは、前駆体mRNAがスプライシング過程で異なるmRNAアイソフォームを生成し、それによってタンパク質の機能に影響を与える現象です。異常なスプライシングイベントは、特に肺癌において、がん遺伝子の発現や機能に影響を与え、腫瘍の進行を促進する可能性があります。しかし、異なる人種や組織学的サブタイプ間での選択的スプライシングの差異に関する研究はまだ限られています。

論文の出所

この論文は、Saman Zeeshan、Bhavik Dalal、Rony F. Arauz、Adriana Zingone、Curtis C. Harris、Hossein Khiabanian、Sharon R. Pine、Bríd M. Ryanらによって執筆されました。著者らは、Rutgers Cancer Institute of New JerseyやNational Cancer Instituteなど、複数の研究機関に所属しています。この論文は2025年に『Oncogene』誌に掲載され、DOIは10.1038/s41388-024-03267-yです。

研究のプロセスと結果

研究のプロセス

1. サンプルの収集と処理
   研究では、発見と検証のための2つの独立した患者コホートを使用しました。発見コホートには、75の評価可能な腫瘍サンプル（35のAA、40のEA）と77の非腫瘍隣接組織（NAT）サンプルが含まれていました。検証コホートには、191の組織サンプル（94の腫瘍サンプル、23のAA、71のEA、95のNAT）が含まれていました。すべてのサンプルは、LUADとLUSCの2つのサブタイプを含むNSCLC患者から採取されました。

2. RNAシーケンシングとデータ解析
   研究では、腫瘍とNATサンプルに対して、高スループットかつ高深度のトータルRNAシーケンシング（total RNA-seq）技術を使用しました。ヒト参照ゲノム（hg38）にマッピングし、HISAT2ソフトウェアを使用してシーケンスをアラインメントしました。その後、rMATSソフトウェアを使用して選択的スプライシングイベントを解析し、各スプライシングイベントのスプライシング率（Percent Spliced In, PSI）を計算し、PSIの差異が10％以上かつ偽発見率（FDR）が0.1未満の高信頼度スプライシングイベントを選別しました。

3. 検証実験
   高スループット逆転写PCR（RT-PCR）を使用して、発見されたスプライシングイベントを検証し、異なるコホート間での再現性を確認しました。

主な結果

1. 組織学的特異的スプライシングイベント
   LUADとLUSC腫瘍において、それぞれ990個と668個の高信頼度の選択的スプライシングイベントが発見されました。これらのイベントは主にタンパク質コード遺伝子で発生し、LUADではLUSCよりも多くのスプライシングイベントが観察されました。検証コホートを通じて、LUADの40％、LUSCの50％のスプライシングイベントが確認されました。これらのスプライシングイベントは、IL-15、STAT3、VEGFシグナル経路など、複数のシグナル経路に関与していました。

2. 人種特異的スプライシングイベント
   AAとEAの集団において、それぞれ1000以上および300以上の高信頼度のスプライシングイベントが発見されました。これらのイベントの約50％は両集団で共有され、残りは人種特異的でした。例えば、TPM1とVEGFA遺伝子はAAとEAの両方で複数のスプライシングイベントを示しましたが、ADAM15とFGFR2はAAのみでスプライシングイベントを示しました。

3. ドライバー遺伝子と表面タンパク質のスプライシングイベント
   研究では、がんドライバー遺伝子や細胞表面タンパク質に関連するいくつかのスプライシングイベントも発見されました。例えば、AFDN遺伝子のスプライシングイベントは、AAとEAの両方で顕著なPSIの差異を示し、腫瘍の浸潤性や移動性に関連していました。さらに、CD44遺伝子のスプライシングイベントは、LUADで顕著なPSIの差異を示し、腫瘍の発生と進展において重要な役割を果たす可能性が示唆されました。

4. 環境および宿主要因の影響
   線形回帰分析を通じて、喫煙や薬物使用（例：アスピリン）がスプライシングイベントに有意な影響を与えることが明らかになりました。喫煙強度と期間は、複数のスプライシングイベントと関連しており、アスピリンの使用も一部のスプライシングイベントと関連していました。

結論と意義

この研究は、NSCLCにおける選択的スプライシングのグローバルな特徴を初めて包括的に分析し、異なる組織学的サブタイプや人種間でのスプライシングの差異を明らかにしました。これらの発見は、肺癌の分子メカニズムを理解するための新たな視点を提供するだけでなく、特定の集団に対する個別化治療戦略の開発に向けた潜在的なターゲットを提供します。特に、選択的スプライシングが腫瘍発生や免疫療法において重要な役割を果たす可能性が示唆されており、これが将来のがん治療の新たな方向性となる可能性があります。

研究のハイライト

1. 高信頼度のスプライシングイベント：高スループットRNAシーケンシングと検証実験を通じて、腫瘍とNATの間で顕著な差異を示す多数の高信頼度の選択的スプライシングイベントが発見されました。
2. 人種特異的スプライシングイベント：AAとEAの集団間での肺癌におけるスプライシングの差異が初めて明らかにされ、肺癌における人種間の生物学的差異を理解するための新たな証拠を提供しました。
3. ドライバー遺伝子と表面タンパク質のスプライシングイベント：複数のがんドライバー遺伝子や細胞表面タンパク質に関連するスプライシングイベントが発見され、これらが腫瘍の発生と進展において重要な役割を果たす可能性が示唆されました。
4. 環境および宿主要因の影響：喫煙や薬物使用がスプライシングイベントに与える影響が明らかになり、環境要因が肺癌に及ぼす影響をさらに研究するための新たな方向性が示されました。

まとめ

この研究は、包括的なゲノム解析を通じて、NSCLCにおける選択的スプライシングの複雑さと多様性を明らかにし、特に異なる人種や組織学的サブタイプ間での差異を浮き彫りにしました。これらの発見は、肺癌の分子メカニズム研究に新たな視点を提供するだけでなく、特定の集団に対する個別化治療戦略の開発に向けた潜在的なターゲットを提供します。今後の研究では、これらのスプライシングイベントが腫瘍の発生、進展、治療においてどのような具体的な役割を果たすのかをさらに探求し、肺癌治療の精密化を推進することが期待されます。