BAK1遺伝子近傍エンハンサー変異による頭蓋内胚細胞腫瘍のリスク

日本人の死因の1位は癌です。
おそらくこれは日本人の平均寿命が長いことが
1つベースにあると考えています。
〇重度の肥満が少ない事
〇食生活、衛生、運動習慣
〇経済や教育レベル
これらなどが関係している可能性があります。
心臓血管や脳卒中など死因の上位に来る疾患の
リスクが上述した事によって下がっている可能性です。
日本だけではなく、世界において
人だけではなく多くの生物が持つと考えられている(2)
癌をどのように向き合っていけばいいか？
21世紀の医療の一つの大きな難題だと言えます。
しかし、そもそも癌の発生機序や境界条件については
まだ、よくわかっていないのではないか？
このように理解しています。
癌組織は悪性腫瘍とも呼ばれますから
シコリが上皮組織などから浮き出している状態です。
形や癒着状況などによって診断する場合もあります。
診断方法はガイドラインにより
ある程度は明らかだと推測しますが、
問題となる大きさまでどのように発展するか？
という条件はわからないままです。
紫外線を浴びると癌生成に関わる遺伝子変異が
特に皮膚細胞に生じるといわれています。
男性は特に紫外線対策は女性ほどしていないと思いますし、
外に出て仕事をする人もいます。
その様な人の皮膚細胞を調べると
一般的に複数のがん遺伝子が見つかると言われています(2)。
でも、それが問題となる大きさまで
悪性腫瘍とならない場合も多くあります。
結果的に悪性腫瘍になったものは診断できますが、
細胞レベルで通常細胞から癌細胞に移行する
境界条件についてはまだよくわかっていないと理解しています。
ただ、疫学的には
高齢になるほど罹患者数は増えます。
男性がより顕著で55歳あたりから急速に増えます(3)。
従って、細胞が老化し、遺伝子的に不安定になることで
癌遺伝子を含む多くの変異が入り、
その結果として「ある条件？」で悪性腫瘍に成長する
という事だと思います。
それは免疫機能など周辺環境も関係している可能性があります。
-
ここからが本題です。
上述したように疫学的な事も含めて考えると
おそらく多くの癌は細胞の老化と深く関係していると推測します。
では、なぜ、細胞の老化がまだ著しくない
小児、青年、中年期で生じるのでしょうか？
女性は高齢の癌の罹患率は男性よりも低いですが、
中年期の癌の罹患率が相対的に高くなっています(3)。
キャット・アーニー(敬称略)は
特に小児がんは高齢になって罹る癌とは
「全く別物」と認識されています(2)。
従って、大人の癌治療に使われた薬を
そのまま小児に適用する事は
少なくとも適切ではないケースもあると考えられます。
Kyuto Sonehara(敬称略)ら
医療研究グループが示すように(1)
小児がん(若くしてかかる癌)は
先天性を含めた強い遺伝子的な特徴がある可能性があります。
外科手術や放射線治療はあると思いますが、
薬剤による治療のレベルが上がってくれば、
その後、多くのお子さんが悩まされる
後遺症の軽減などにも貢献できる可能性があります。
そのためには今述べた様にベースとして
Kyuto Sonehara(敬称略)らが行っている
大きな規模での全ゲノム関連解析(GWAS)が
とても大切になります(1)。
また、民族の違いがある場合もあります(1)。
その場合においては、
民族ごとの遺伝子解析によって
より統計的な精度、純度が高まってくると考えられます。
-
Kyuto Sonehara(敬称略)ら医療研究グループは
多くが20歳未満で発生する
頭蓋内の胚細胞腫瘍の全ゲノム関連解析(GWAS)を
日本人133人(患者さん vs 762人コントロール)規模で行っています(1)。
頭蓋内の胚細胞腫瘍についての概要、
遺伝子分析結果(報告内容)の概略、
そこから独自の調査、考察を加えて
読者の方と情報共有いたします。

//胚細胞腫瘍の概要(4)//ー
胚細胞腫瘍は、生殖器（精巣・卵巣）に発生するものと、
体の正中線(真ん中の線上にある組織)上に発生し、
後腹膜（おなかの中）,縦隔（胸の中）,
脳（松果体、下垂体）など性腺外に発生するものがあります。
90％は20歳未満に発生し、男児に多い（約78％）腫瘍です。
松果体(65～80％)、神経下垂体(18～27%)、基底核(5-10%)
に生じることが多く、
松果体と神経下垂体部に同時に腫瘍が発生することもあります。
小児脳腫瘍では15%を占めます。
日本人に多いという特徴があります(5)。
(2.7/100万人・年(日本) vs 0.6/100万人・年(アメリカ))。
上記、生殖器で発生する胚細胞腫瘍と
頭蓋内で発生する脳腫瘍は組織学的に似ています。
しかしながら、
同じ日本とアメリカの罹患率は逆転します。
つまり、日本人の方が少ないとなっています。
((25/100万人・年(日本) vs 55/100万人・年(アメリカ))
胚発生は受精直後から始まりますが、
精巣や卵巣の罹患率よりも
日本では頭蓋内胚細胞腫瘍1/10程度の頻度になっています。
細胞のライフサイクルの初期に関係しますが、
遺伝して、癌化する確率は
少なくとも100%ではないと推定されます。

//分類//ー
頭蓋内胚細胞腫瘍は組織学的に
2つの主要なグループにわけられます
①胚細胞腫
②胚芽腫以外の胚細胞腫
　(non-germinomatous germ cell tumor)
後者②は
〇奇形腫
〇卵黄嚢腫
〇絨毛腫
〇胎児性がん
これらのサブタイプがあります。
①胚細胞腫は放射線治療や化学療法に敏感で
予後は一般的に良いとされています。
②胚芽腫以外の胚細胞腫は
治療抵抗性を示し、予後は不良であるとされています(6)。

//症状(4)//ー
松果体部に腫瘍ができると、
松果体の前方にある中脳水道と呼ばれる
脳脊髄液通路が狭窄・閉塞するため
頭蓋内圧が上がり、強い頭痛と意識障害が起こります。
目が上下方向に動かなくなることもあります。
神経下垂体部に腫瘍が発生すると、ホルモンの分泌が障害され、
尿が大量に出てしまう尿崩症を起こし、
小児では低身長や無月経などを起こします。

//治療(4)//ー
昭和大学では、まずは診断のために
一部腫瘍組織をとってくる生検術を、
神経内視鏡を用いて、低侵襲に手術を行っています。
これで癌のタイプを診断すると理解しています。
確定診断後には
治療プロトコールに沿って放射線治療を行っております。
放射線療法後に腫瘍が残っている場合、
腫瘍をすべて摘出する手術を行っております。
(以上、引用)
外科手術の対象外になる、残る場合にはどうか？
アドジュバント療法なども含めて
薬物治療も検討されると推測しています。

//これまでの研究(1)//ー
頭蓋内胚細胞腫瘍の基礎的な研究は限られています。
理由は
〇患者数が少ない事
〇腫瘍の組織取得が難しい事(外科的にアクセスできない)
従って、
これらの腫瘍の生物学的な基礎はまだ未知です。
-
生殖細胞系列のJMJD1Cレア変異。
これは生殖細胞系列の組織成長に関わる
クロマチン装飾因子であり
頭蓋内胚細胞腫瘍に関わっているとされています(7)。
しかしながら、
様々なタイプがある頭蓋内胚細胞腫瘍の
共通の変異とリスクの包括的な調査は
まだ行われていません。
一方で
頭蓋内以外の他の胚細胞腫瘍については
共通の遺伝子変異が見つかっています(8-11)。
このことはつまり、
頭蓋内の胚細胞腫瘍も
共通的な遺伝子変異が存在する可能性を示唆し、
それを調べる意義が高まります。

//結果(1)//ー
頭蓋内胚細胞腫瘍で最も強く現れた変異は
RS番号：rs3831846
染色体6番 6p21
BAK1遺伝子の270bp上流
ここに位置します。
(P値:2.4×10^-9 OR:2.46)
-
Rs3831846はRs210138と連鎖不平衡
つまりランダムではない相関がみられます。
Rs210138は
精巣の胚細胞腫瘍のリスク変異です(8-10)。
-
Rs3831846 at 6p21のLead variantは
4ベースペアのDeletion polymorphismです。
〇non-risk allele, TGTAA
〇risk allele, T
つまり４つ欠乏している。
-
Rs3831846は遺伝子発現を高めるエンハンサー信号が
確認されます。
ヒストンH3K4モノメチル化
ヒストンH3K27アセチル化
これらが関係しています。
また、精巣胚細胞腫瘍の細胞株の
オープンクロマチン領域に位置します(11)。
⇒
遺伝子治療を検討する際にアクセス性が高くなりやすい
という事はあるかどうか？
-
BAK1発現のエンハンサーに関わる
Rs3831846は様々な身体の部位の量的形質に関わります。
上位は脳で示されていますが、
リンパ球も含まれます。
(参考文献(1) Fig.2c参照)
-
遺伝子制御のエンハンサーに結合する転写因子
ZSCAN4, ZKSCAN5, Nkx3-2
これらは欠乏による変異により
結合スコアが顕著に減少します。
これらはBAK1発現の抑制にかかわります。
-
頭蓋内と精巣の胚細胞腫瘍の
遺伝子の相関は高いとされています。
特に
CLPTM1L, PITX1, SPRY4, TNXB, 
two loci of 
BAK1, KATNA1, DEPTOR, GAB2-NARS2, HNF1B, TKTL2
これらです。

//議論(1)//ー
遺伝子の作用が頭蓋内胚細胞腫瘍の変異によって
抑えられたBAK1は
ミトコンドリアに局在する
アポトーシスを亢進させるタンパク質をエンコードしています(1)。
BAK1はさらにKIT/KITLG経路を抑えます。
これは始原生殖細胞の生存において重要な役割を果たします。
また、胚細胞腫瘍の原因になるとされています(13,14)。
-
胎児の成長のステージでは
始原生殖細胞は卵黄嚢から生殖腺の方に移動します。
それは交感神経に沿って生じます。
この過程の中で
一部の始原生殖細胞は生殖腺を通過し
身体の正中線に沿った移動経路を確保します。
そして、脳を含めた他の臓器にたどり着きます。
⇒
日本とアメリカの間で
脳と生殖腺の胚細胞腫瘍の頻度が逆転しており
日本においては脳が多く、生殖腺が少なくなっています。
この一つの原因は
上述した始原生殖細胞のマイグレーション(移動)
において生殖腺を通過する細胞の量が
胚細胞が癌化遺伝子を獲得している際に
組織学的な事も含めて異なるからかもしれません。
-
移動に失敗した始原生殖細胞は
KIT/KITLG経路のロスによって
細胞死するような機序がありますが、
そのロスがBAK1発現の抑制によって
抑えられるため、細胞死することなく
それが胚細胞の癌化につながると考えられています(15)。
-
今回、Kyuto Sonehara(敬称略)らは
日本人に絞った遺伝子解析をしていますが、
民族ごとの遺伝子解析をして関連性を評価することによって
原因となる遺伝子の特定の精度が向上する
かもしれないとされています。
しかし、その精度を上げるためには
大きなサンプル数が必要であります(1)。
-
上述したように胚細胞腫瘍には
いくつかの組織学的なサブタイプがあります。
それぞれ分子生物学的な病理は異なると考えられます(16)。
従って
「腫瘍形成部位特異的(Tumor-location-specific)」
「組織学的サブタイプ特異的(Histological subtype-specific)」
これらの全ゲノム関連解析を詳細に行うことで
より詳しい胚細胞腫瘍の病因について記述する事が
できるかもしれないとされています(1)。

//治療の展望//ー
BAK1遺伝子を抑えるエンハンサーの変異を
例えば
CRISPR/dCas9-based enhancer-targeting 
epigenetic editing systems
によって通常に戻す事ができるかもしれません(17)。
タンパク質発現までには
このエンハンサー、プロモーター
(mRNA, microRNAなどの連携)など様々な段階があり、
多くの仲介物質が関わりますが、
それぞれに対して遺伝子的な介入の余地があります。
上述したCRISPR/dCAS-9を含めて
遺伝子治療で必要条件になるのは
「正確な輸送」です。
少なくとも癌化していない胚細胞の原因遺伝子を
正常化することはベースで求められます。
寛解後の再発などに関係する可能性があります。
一方で、癌化している胚細胞を細胞死させる
必要も一方で有ります。
ただし、
BAK1はアポトーシスに関わる遺伝子なので
胚細胞腫瘍の抗アポトーシスに関わっているかもしれません。
従って、すでに癌化している、
あるいは癌になりかけている胚細胞に対しても
BAK1遺伝子のエンハンサーを正常化することは
一定の臨床的意義があるかもしれません。
-
あるいはKIT/KITLG経路に関わる
KITL受容体(18)をアンタゴナイズして
この経路をロスすることで癌化を下流のプロセスで
防ぐという方法もあります。
しかし、この場合
どうやって移動に失敗した
細胞死させる必要のある始原生殖細胞を
識別しているかの機序を掴む必要があるのかもしれません。
-
もし、このKITリガンドやKITL受容体(18)が
胚細胞特異的であれば
それに特異的結合性を持つリガンドを装飾した
細胞外小胞やナノ粒子を使い
KIT/KITL経路をアンタゴナイズしながら
遺伝子治療を行うという事も出来るかもしれません。
-
しかし、
移動に失敗した始原生殖細胞は
KIT/KITLG経路のロスによって
細胞死するような機序がありますが、
そのロスがBAK1発現の抑制によって
抑えられるため、細胞死することなく
それが胚細胞の癌化につながると考えられる(15)
このような報告がありますが、
(Ref.(15)はマウスのケースで尾骨)
精巣で癌化してから脳に輸送されるのか？
それとも脳に行って癌化するのか？
あるいは両方なのか？
精巣でも、脳でも両方確認されているので
精巣で癌化する、もしくは
精巣でも脳でも癌化する
ということになるのかもしれません。
Kyuto Sonehara(敬称略)らは
始原生殖細胞の流れを説明しているので
その中で癌化がどの段階で生じるのか？
その詳細な理解は
実際に上述した薬剤輸送を考えた
精密医療で治療する際には必要になります。
一方で、癌の位置を特定して
胚細胞腫瘍の流れの正方向に輸送していくという
手段をとる事もできるかもしれません。

//考えられる波及効果//ー
Kyuto Sonehara(敬称略)らの研究により
リスク遺伝子が明らかになれば、
遺伝子検査によって
予防や早期治療の機会が生まれる可能性があります。
しかし、この場合、
本人がリスク遺伝子がある事を知ることによる
心理的な影響を考慮する必要もあります。

(参考文献)
(1)
Kyuto Sonehara, Yui Kimura, Yoshiko Nakano, Tatsuya Ozawa, Meiko Takahashi, Ken Suzuki, Takashi Fujii, Yuko Matsushita, Arata Tomiyama, Toshihiro Kishikawa, Kenichi Yamamoto, Tatsuhiko Naito, Tomonari Suzuki, Shigeru Yamaguchi, Tomoru Miwa, Hikaru Sasaki, Masashi Kitagawa, Naoyuki Ohe, Junya Fukai, Hideki Ogiwara, Atsufumi Kawamura, Satoru Miyawaki, Fumihiko Matsuda, Nobutaka Kiyokawa, Koichi Ichimura, Ryo Nishikawa, Yukinori Okada & Keita Terashima
A common deletion at BAK1 reduces enhancer activity and confers risk of intracranial germ cell tumors
Nature Communications volume 13, Article number: 4478 (2022) 
(2)
キャット・アーニー (著), 矢野真千子 (翻訳)
ヒトはなぜ「がん」になるのか　進化が生んだ怪物
(3)
独立行政法人国立がん研究センターがん情報サービス[がん登録・統計]
(4)
昭和大学病院
胚細胞腫瘍(Germ cell tumor)
(5)
Murray, M. J., Horan, G., Lowis, S. & Nicholson, J. C. Highlights from
the third international central nervous system germ cell tumour
symposium: laying the foundations for future consensusju. Ecan-
cermedicalscience 7, 333 (2013).
(6)
Bennett, J. et al. Canadian pediatric neuro-oncology standards of
practice. Front. Oncol. 10, 593192 (2020).
(7)
Wang, L. et al. Novel somatic and germline mutations in intracranial
germ cell tumours. Nature 511, 241–245 (2014).
(8)
The UK Testicular Cancer Collaboration. et al. A genome-wide
association study of testicular germ cell tumor. Nat. Genet. 41,
807–810 (2009).
(9)
Wang, Z. et al. Meta-analysis of five genome-wide association stu-
dies identifies multiple new loci associated with testicular germ cell
tumor. Nat. Genet. 49, 1141–1147 (2017).
(10)
Litchfield, K. et al. Identification of 19 new risk loci and potential
regulatory mechanisms influencing susceptibility to testicular
germ cell tumor. Nat. Genet. 49, 1133–1140 (2017).
(11)
Marcotte, E. L. et al. Variants in BAK1, SPRY4, and GAB2 are asso-
ciated with pediatric germ cell tumors: A report from the children’s
oncology group. Genes. Chromosomes Cancer 56, 548–558 (2017).
(12)
Pluta, J. et al. Identification of 22 susceptibility loci associated with
testicular germ cell tumors. Nat. Commun. 12, 4487 (2021).
(13)
Runyan, C. et al. Steel factor controls midline cell death of pri-
mordial germ cells and is essential for their normal proliferation and
migration. Development 133, 4861–4869 (2006).
(14)
Gu, Y., Runyan, C., Shoemaker, A., Surani, A. & Wylie, C. Steel factor
controls primordial germ cell survival and motility from the time of
their specification in the allantois, and provides a continuous niche
throughout their migration. Development 136, 1295–1303 (2009).
(15)
Runyan, C., Gu, Y., Shoemaker, A., Looijenga, L. & Wylie, C. The
distribution and behavior of extragonadal primordial germ cells in
Bax mutant mice suggest a novel origin for sacrococcygeal germ
cell tumors. Int. J. Dev. Biol. 52, 333–344 (2004).
(16)
Kubota, Y. et al. Comprehensive genetic analysis of pediatric germ
cell tumors identifies potential drug targets. Commun. Biol. 3,
1–11 (2020).
(17)
Kailong Li, Yuxuan Liu, Hui Cao, Yuannyu Zhang, Zhimin Gu, Xin Liu, Andy Yu, Pranita Kaphle, Kathryn E. Dickerson, Min Ni & Jian Xu 
Interrogation of enhancer function by enhancer-targeting CRISPR epigenetic editing
Nature Communications volume 11, Article number: 485 (2020) 
(18)
Sridurga Mithraprabhu and Kate L Loveland
Control of KIT signalling in male germ cells: what can we learn from other systems?
Reproduction (2009) 138 743–757