ヒトポリメラーゼδの校正欠陥の潜在的効果の発見：POLD1変異を持つ正常細胞および癌細胞の変異解析を通じて

背景紹介

DNAの修復の破壊は、遺伝性がんを引き起こす主要なメカニズムの1つです。POLD1とPOLEのエクソン領域における heterozygous な病原性変異は、エキソヌクレアーゼの校正活性に影響を与え、がん易罹患性症候群を引き起こし、胃腸の多発性ポリープ、大腸がん、子宮内膜がんなどのリスク増加として現れます。現在の一般的な説明では、これらのエキソヌクレアーゼ活性の喪失とがんの発展は、体細胞変異率の増加を通じて関連しているとされています。しかし、この仮説の具体的な検証については依然として議論があり、研究者らはPOLD1変異を持つ家族のメンバーから派生した線維芽細胞クローンと親子間の新生突然変異を分析することでこの問題を探索しました。

論文の出典

この研究はMaria A. Andrianova、Vladimir B. Seplyarskiy、Mariona Terradasらによって行われ、彼らはInstitute for Research in Biomedicine (IRB Barcelona)、Harvard Medical School、Catalan Institute of Oncologyなど複数の研究機関に所属しています。この研究成果は2024年の「European Journal of Human Genetics」誌に掲載されました。

研究ワークフロー

研究者らは、複数のメンバーがPOLD1の病原性変異をヘテロ接合体で保有する特定の家族に焦点を当てました。まず、7名のPOLD1 L474Pヘテロ接合体キャリアと5名の野生型家族メンバーのゲノムをシーケンスしました。次に、POLD1の異なる体質性病原性変異（L474P、D316H、S478N）を持つ3名のキャリアに発生した腫瘍のエクソームまたはゲノムを分析しました。POLD1 L474P陽性および陰性の家族メンバーの単一細胞由来線維芽細胞クローンを約40世代培養した後、ヘテロ接合性POLD1 L474Pの体細胞変異効果における役割を推定し、堅牢な方法で新生生殖系突然変異を検出しました。

研究の主な発見

1. ヘテロ接合性POLD1 L474Pは体細胞において変異率をわずかに増加させるだけですが、関連するがんでは、POLD1野生型コピーの体細胞不活性化が極めて高い変異率をもたらします。
2. 腫瘍の発達過程でPOLD1野生型アレルの体細胞不活性化が関与しています。これらの結果は、ポリメラーゼδの校正欠陥が変異率に対して劣性効果を持つことを示唆しています。
3. 家族メンバーの体細胞線維芽細胞クローンと子供の新生突然変異を比較することで、POLD1 L474Pが生殖系と体細胞の両方で変異率をわずかに増加させるだけであることが分かりました。

研究結論とその意義

この研究は、ヘテロ接合性POLD1病原性変異が、ヒトの体細胞と生殖細胞において変異率にわずかな影響しか与えないことを示しました。これは、そのようなヘテロ接合体キャリアが高度に可変または超可変のがんを発症する傾向があるにもかかわらずです。我々は初めて、がんまたは腺腫における超可変性能力がPOLD1野生型アレルの体細胞喪失と関連していることを観察しました。ヒト細胞と腫瘍で得られたこれらの結果は、酵母やマウスにおけるPOLD1校正欠陥の劣性効果について議論する広範な文献と一致しています。

研究のハイライト

1. 新規な研究方法：単一細胞由来線維芽細胞クローン培養と健康な家族メンバー間のゲノムシーケンシングを組み合わせた方法を採用。
2. 重要な発見：がん発展の新しい可能なメカニズム、すなわちPOLD1の野生型アレルの体細胞不活性化による変異率の劇的な増加を明らかにした。
3. 将来の臨床業務への指導的意義：POLD1変異の分類において、腫瘍関連性と変異シグネチャーSBS10Dの出現を考慮する必要があるかもしれない。