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国際連携によるがん全ゲノムの大規模解析 -次世代のがんゲノム医療の解析基盤構築に貢献- 研究成果

掲載日:2020年2月6日

本研究で同定した全ゲノム上での各種がんの変異・異常数

 理化学研究所(理研)生命医科学研究センターがんゲノム研究チームの中川英刀チームリーダー、東京大学医科学研究所健康医療データサイエンス分野の井元清哉教授らを含む国際共同研究グループは、38種類のがんについて、2,800例以上の全ゲノムシーケンス解析[1]を行った結果、4,600万個を超える変異・異常を同定し、その特徴を明らかにしました。本研究は、国際的連携による全ゲノムがん種横断的解析プロジェクト(PCAWG)[2]の一環として行われ、これまでで最も網羅的かつ詳細ながんゲノム情報の解析となりました。
 本研究によるゲノム解析基盤の手法とデータ・結果は、次世代のがんゲノム医療や研究における解析基盤の構築に貢献すると期待できます。
 今回、PCAWGでは、38種類、2,800例以上に及ぶがんの全ゲノム塩基配列(シーケンス)情報を収集しました。東京大学医科学研究所のスーパーコンピュータ「SHIROKANE」を含む世界10カ所のデータセンターを連結し、標準化された高精度のゲノム解析手法を構築した上で、がん全ゲノムシーケンスの大規模解析を行いました。その結果、非コード領域[3]の変異、大きなゲノム構造異常[4]、ミトコンドリアゲノム[5]異常など、合計4,600万個以上の変異・異常を同定、それらの特徴を明らかにすることで、これまでで最も網羅的かつ詳細ながんゲノムマップ[6]を作成しました。
 本研究は、科学雑誌『Nature』(特集号)の掲載に先立ち、オンライン版(2月6日付:日本時間2月6日)に掲載されました。

詳しい内容はこちら(PDF)

<補足説明>

[1] 全ゲノムシーケンス解析
次世代シーケンサーを使って、個人(約30億塩基対)やがんの全ゲノム情報を解読し、塩基配列の違いや変化を同定すること。データが大量になるため、大型計算機を使って情報解析を行うのが一般的である。タンパク質をコードする1~2%の範囲のエクソンだけでなく、遺伝子の発現を制御するゲノム領域の変異やさまざまな構造異常(大きなゲノム配列異常)も検出可能で、究極のゲノム解析手法といえる。がんの場合は、がんのDNAと同一患者由来の正常DNAの全ゲノムシーケンス解析を行い、その差分を調べる。超大量の情報を扱うため、多大な労力と時間を要し、高度な数学や統計学、遺伝学、情報工学の知識と技術が必要である。この情報解析の方法によって、変異の結果が大きく異なる場合があるため、解析の標準化が求められている。

[2] 全ゲノム横断的がん解析プロジェクト(PCAWG)
ICGC/TCGA内のがんの全ゲノムシーケンス解析のデータを集積し、ICGC/TCGAの共同作業にてがんの横断的(PanCancer)解析を行うプロジェクトとして、2014年に始動した。約2,800例のさまざまながんの全ゲノムシーケンスのビックデータを東京大学医科学研究所ヒトゲノム解析センターのスーパーコンピュータ「SHIROKANE」を含む世界10カ所のデータセンターで仮想空間を作り、分担して解析を行っている。生シークエンスデータだけで約1ペタバイト(1000兆バイト)の情報量になる。PCAWGは、PanCancer Analysis of Whole Genomesの略。

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PCAWGでのデータ解析基盤の構築

[3] 非コード領域
ヒトゲノム(約30億塩基対)のうち、タンパク質をコードしている遺伝子領域はわずか1~2%であり、残りの領域は非コード領域と呼ばれる。非コード領域には、遺伝子発現を制御している領域や、タンパク質に翻訳されないRNA(非コードRNA)をコードしている領域が含まれ、遺伝子の転写調節やゲノムの複雑な構造を調節していると考えられている。
 
[4] ゲノム構造異常
1塩基の配列が変化する点突然変異と異なり、数百~数百万塩基の配列が欠失、組み込み、重複、逆位(方向が逆になる)、染色体間で転座する(移動する)など、大きなゲノム配列の変化をいう。全ゲノムシーケンス解析にて、網羅的に検出できるようになった。
 
[5] ミトコンドリアゲノム
ミトコンドリアは、細胞に必要なエネルギーを取り出す呼吸機能を担う細胞内小器官。ミトコンドリアは細胞内に数百個以上存在し、ミトコンドリア内にも16,000塩基対ほどのゲノムが存在する。ミトコンドリアゲノムは、呼吸機能をつかさどる酵素など37個の遺伝子をコードしている。
 
[6] がんゲノムマップ
30億塩基からなるヒトゲノムマップで、どの位置にどういった型の変異が蓄積しているのかを示す。例えば、最も多く見つかるKRAS遺伝子の変異は、12番染色体の25245350の位置にCからTへの変異が見られる。

論文情報

The ICGC/TCGA Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Consortium, "Pan-cancer analysis of whole genomes," Nature, doi:10.1038/s41586-020-1969-6.

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