エピジェネティック変化（DNAメチル化・マイクロRNA）と発癌

🧠 全体像：エピジェネティック epigenetic エピジェネティック（epigenetic） epigenetic（エピジェネティック） な変化は「DNADNA（deoxyribonucleic acid）配列を変えずに遺伝子発現を書き換える」という一点で癌遺伝子 Oncogene癌遺伝子（Oncogene） Oncogene（癌遺伝子）・腫瘍抑制遺伝子tumor suppressor genes 腫瘍抑制遺伝子（tumor suppressor genes）tumor suppressor genes（腫瘍抑制遺伝子） の変異と一線を画す。可逆的であるがゆえに、DNMT阻害薬・HDACHDAC（histone deacetylase）阻害薬という「読み書きを巻き戻す」治療戦略が成り立つ。

概念

エピジェネティクスEpigeneticsエピジェネティクス（Epigenetics）Epigenetics（エピジェネティクス） ＝ DNA配列を変えずに遺伝子発現が遺伝的かつ可逆的に変化すること。主な機序：DNAメチル化、マイクロRNAmicroRNAマイクロRNA（microRNA）microRNA（マイクロRNA）、ヒストン修飾histone modificationヒストン修飾（histone modification）histone modification（ヒストン修飾）。可逆性ゆえに薬剤の標的となる——DNAメチル化阻害薬（アザシチジンAzacitidineアザシチジン（Azacitidine）Azacitidine（アザシチジン）・デシタビンdecitabineデシタビン（decitabine）decitabine（デシタビン））、HDAC阻害薬、IDHIDH（isocitrate dehydrogenase）阻害薬が実際に使われている。高リスク骨髄異形成症候群myelodysplastic syndrome骨髄異形成症候群（myelodysplastic syndrome）myelodysplastic syndrome（骨髄異形成症候群）358例の第III相ランダム化比較試験 randomized controlled trial ランダム化比較試験（randomized controlled trial） randomized controlled trial（ランダム化比較試験） では、アザシチジンAzacitidine アザシチジン（Azacitidine）Azacitidine（アザシチジン） が従来治療より全生存期間 overall survival, OS 全生存期間（overall survival, OS） overall survival, OS（全生存期間） 中央値を延長した（24.5か月対15.0か月、ハザード比hazard ratio ハザード比（hazard ratio）hazard ratio（ハザード比） 0.58）¹。

DNAメチル化

• プロモーターのCpGアイランドCpG islandCpGアイランド（CpG island）CpG island（CpGアイランド）のシトシンにメチル基methyl groupメチル基（methyl group）methyl group（メチル基）が付加される（DNAメチルトランスフェラーゼによる）→ 転写のサイレンシング²。
• プロモーターの高メチル化 hypermethylation高メチル化（hypermethylation） hypermethylation（高メチル化）が腫瘍抑制遺伝子tumor suppressor genes腫瘍抑制遺伝子（tumor suppressor genes）tumor suppressor genes（腫瘍抑制遺伝子）をサイレンシング：
  • RB → 網膜芽細胞腫retinoblastoma網膜芽細胞腫（retinoblastoma）retinoblastoma（網膜芽細胞腫）、BRCA1 → 乳癌・卵巣癌、CDKN2A/p16・ARF → 結腸・胃癌、MLH1（散発性大腸腫瘍 colorectal tumor 大腸腫瘍（colorectal tumor） colorectal tumor（大腸腫瘍） でプロモーターがメチル化されhMLH1発現が失われる代表例で、高頻度マイクロサテライト不安定性 microsatellite instability, MSI マイクロサテライト不安定性（microsatellite instability, MSI） microsatellite instability, MSI（マイクロサテライト不安定性） ［MSI-High］の原因になる）³。
• 全体的な低メチル化 hypomethylation低メチル化（hypomethylation） hypomethylation（低メチル化） → ゲノム不安定性Genomic instability ゲノム不安定性（Genomic instability）Genomic instability（ゲノム不安定性） ＋癌遺伝子 Oncogene 癌遺伝子（Oncogene） Oncogene（癌遺伝子） の活性化——プロモーターCpGアイランド CpG island CpGアイランド（CpG island） CpG island（CpGアイランド） の高メチル化 hypermethylation 高メチル化（hypermethylation） hypermethylation（高メチル化） （局所的）とは逆向きの、ゲノム全体（バルクDNA）でのメチル化低下である。癌での低メチル化 hypomethylation 低メチル化（hypomethylation） hypomethylation（低メチル化） を最初期に示した研究は、放射線・化学療法を受けていない患者のヒト原発腫瘍 primary tumor 原発腫瘍（primary tumor） primary tumor（原発腫瘍） を隣接する正常組織と比べ、5例中4例で癌側の遺伝子に顕著な低メチル化 hypomethylation 低メチル化（hypomethylation） hypomethylation（低メチル化） を認めた（1例では転移巣 metastatic focus 転移巣（metastatic focus） metastatic focus（転移巣） でさらに進行していた）⁴。その後、局所的な高メチル化 hypermethylation 高メチル化（hypermethylation） hypermethylation（高メチル化） と全体的な低メチル化 hypomethylation 低メチル化（hypomethylation） hypomethylation（低メチル化） という逆向きの変化が同じ腫瘍に併存しうることが知られるようになった。
• MGMT（O6-メチルグアニンDNAメチルトランスフェラーゼO6-methylguanine-DNA methyltransferaseO6-メチルグアニンDNAメチルトランスフェラーゼ（O6-methylguanine-DNA methyltransferase）O6-methylguanine-DNA methyltransferase（O6-メチルグアニンDNAメチルトランスフェラーゼ））遺伝子のプロモーターメチル化 promoter methylationプロモーターメチル化（promoter methylation） promoter methylation（プロモーターメチル化）は、テモゾロミドtemozolomide テモゾロミド（temozolomide）temozolomide（テモゾロミド） などのアルキル化薬 alkylating agent アルキル化薬（alkylating agent） alkylating agent（アルキル化薬） に対する感受性を予測する実地臨床のバイオマーカー Biomarkers バイオマーカー（Biomarkers） Biomarkers（バイオマーカー） である。膠芽腫glioblastoma (GBM)膠芽腫（glioblastoma (GBM)）glioblastoma (GBM)（膠芽腫）206例の45%でMGMTプロモーターがメチル化されていた。メチル化例では放射線療法へのテモゾロミドtemozolomideテモゾロミド（temozolomide）temozolomide（テモゾロミド）上乗せadd-on (incremental benefit) 上乗せ（add-on (incremental benefit)）add-on (incremental benefit)（上乗せ） で生存期間中央値が21.7か月対15.3か月と延長した一方、非メチル化例では治療群間の差は小さく統計学的に有意ではなかった⁵。
• IDH1/IDH2遺伝子の変異は2-ヒドロキシグルタル酸（2-HG2-HG, 2-hydroxyglutarate）という異常代謝産物 metabolite 代謝産物（metabolite） metabolite（代謝産物） を新生的に産生し、DNA・ヒストンの過剰メチル化と細胞分化 cell differentiation 細胞分化（cell differentiation） cell differentiation（細胞分化） の停止をもたらす。再発・治療抵抗性のIDH2変異型 mutant変異型（mutant） mutant（変異型）急性骨髄性白血病acute myeloid leukemia, AML急性骨髄性白血病（acute myeloid leukemia, AML）acute myeloid leukemia, AML（急性骨髄性白血病）を対象にした第I/II相試験では、選択的変異型 mutant 変異型（mutant） mutant（変異型） IDH2阻害薬エナシデニブの奏効率 response rate 奏効率（response rate） response rate（奏効率） が40.3%で、奏効(treatment) response 奏効（(treatment) response）(treatment) response（奏効） は骨髄芽球 myeloblasts 骨髄芽球（myeloblasts） myeloblasts（骨髄芽球） の分化・成熟を伴っていた⁶。

マイクロRNA（miRNA）

• 転写後に遺伝子発現を負に制御する、小さな非コードRNARNA（ribonucleic acid）。
• プロセシング：pre-miRNAが核から輸出 → Dicerで切断 → 成熟miRNA → RISCに取り込まれる → 標的mRNAと塩基対 base pairing 塩基対（base pairing） base pairing（塩基対） 形成 → 切断または翻訳抑制。
• 癌において：
  • 腫瘍抑制性miRNAの喪失 → 標的癌遺伝子Oncogene 癌遺伝子（Oncogene）Oncogene（癌遺伝子） の過剰発現 overexpression過剰発現（overexpression） overexpression（過剰発現）（例：miRNA欠失 → 白血病・リンパ腫でBCL2増加）。代表例は13q14に位置するmiR-15a/miR-16-1クラスター cluster クラスター（cluster） cluster（クラスター） の欠失・発現低下で、慢性リンパ性白血病chronic lymphocytic leukemia, CLL慢性リンパ性白血病（chronic lymphocytic leukemia, CLL）chronic lymphocytic leukemia, CLL（慢性リンパ性白血病）でBCL2発現の上昇と逆相関 inverse correlation 逆相関（inverse correlation） inverse correlation（逆相関） することが示されている⁷。let-7ファミリーも腫瘍抑制性miRNAの代表例で、標的RASの3’UTRに結合して発現を抑えるが、肺腫瘍組織ではlet-7の発現が低くRASタンパク量が高いという逆相関 inverse correlation 逆相関（inverse correlation） inverse correlation（逆相関） が報告されている⁸。
  • 過剰発現overexpression 過剰発現（overexpression）overexpression（過剰発現） したoncomiR（例：miR-21）→ 腫瘍抑制遺伝子tumor suppressor genes 腫瘍抑制遺伝子（tumor suppressor genes）tumor suppressor genes（腫瘍抑制遺伝子） を抑制。膠芽腫glioblastoma (GBM) 膠芽腫（glioblastoma (GBM)）glioblastoma (GBM)（膠芽腫） の腫瘍組織・細胞株cell line 細胞株（cell line）cell line（細胞株） ではmiR-21が非腫瘍性脳組織と比べて著明に過剰発現 overexpression 過剰発現（overexpression） overexpression（過剰発現） しており、miR-21をノックダウン knockdown ノックダウン（knockdown） knockdown（ノックダウン） するとカスパーゼが活性化しアポトーシスが増える——抗アポトーシス的に働くoncomiRの代表例である⁹。

ヒストン修飾

• ヒストンのN末端テール N-terminal tail N末端テール（N-terminal tail） N-terminal tail（N末端テール） がクロマチンの充填を制御。調節不全dysregulation 調節不全（dysregulation）dysregulation（調節不全） になると発癌性 carcinogenicity 発癌性（carcinogenicity） carcinogenicity（発癌性） となりうる。
• アセチル化（HATHAT（human African trypanosomiasis）がクロマチンを開き、HDACが閉じる）、メチル化（リジン、SETドメインタンパク）、リン酸化。

💡 ポイント： エピジェネティックepigeneticエピジェネティック（epigenetic）epigenetic（エピジェネティック） ＝ 遺伝的・可逆的、配列変化なし。プロモーター高メチル化promoter hypermethylationプロモーター高メチル化（promoter hypermethylation）promoter hypermethylation（プロモーター高メチル化）が腫瘍抑制遺伝子 tumor suppressor genes 腫瘍抑制遺伝子（tumor suppressor genes） tumor suppressor genes（腫瘍抑制遺伝子） をサイレンシング（BRCA1、MLH1、p16）、全体的低メチル化 hypomethylation低メチル化（hypomethylation） hypomethylation（低メチル化） → 不安定性。miRNA：腫瘍抑制性miRNAの喪失 → 癌遺伝子Oncogene 癌遺伝子（Oncogene）Oncogene（癌遺伝子） 増加、oncomiR（miR-21）→ 抑制遺伝子減少。ヒストン：HAT/HDACによるアセチル化。可逆性 → DNMT/HDAC阻害薬。

まとめ

• エピジェネティクスEpigenetics エピジェネティクス（Epigenetics）Epigenetics（エピジェネティクス） 変化はDNA配列を変えずに遺伝子発現を遺伝的・可逆的に変化させ、主な機序はDNAメチル化、マイクロRNAmicroRNAマイクロRNA（microRNA）microRNA（マイクロRNA）、ヒストン修飾histone modification ヒストン修飾（histone modification）histone modification（ヒストン修飾） の3つ。
• プロモーターのCpGアイランド CpG island CpGアイランド（CpG island） CpG island（CpGアイランド） の高メチル化 hypermethylation 高メチル化（hypermethylation） hypermethylation（高メチル化） は腫瘍抑制遺伝子 tumor suppressor genes 腫瘍抑制遺伝子（tumor suppressor genes） tumor suppressor genes（腫瘍抑制遺伝子） （RB、BRCA1、CDKN2A/p16、MLH1）をサイレンシングし、全体的な低メチル化 hypomethylation 低メチル化（hypomethylation） hypomethylation（低メチル化） はゲノム不安定性 Genomic instability ゲノム不安定性（Genomic instability） Genomic instability（ゲノム不安定性） と癌遺伝子 Oncogene 癌遺伝子（Oncogene） Oncogene（癌遺伝子） 活性化を招く。
• マイクロRNAmicroRNA マイクロRNA（microRNA）microRNA（マイクロRNA） は腫瘍抑制性miRNAの喪失（癌遺伝子Oncogene 癌遺伝子（Oncogene）Oncogene（癌遺伝子） の過剰発現 overexpression過剰発現（overexpression） overexpression（過剰発現））と、oncomiR（例：miR-21）の過剰発現 overexpression 過剰発現（overexpression） overexpression（過剰発現） （腫瘍抑制遺伝子tumor suppressor genes 腫瘍抑制遺伝子（tumor suppressor genes）tumor suppressor genes（腫瘍抑制遺伝子） の抑制）の両方向で発癌に関わる。
• ヒストン修飾histone modification ヒストン修飾（histone modification）histone modification（ヒストン修飾） （HAT/HDACによるアセチル化、メチル化、リン酸化）はクロマチンの開閉 gating 開閉（gating） gating（開閉） を制御する。
• 変化が可逆的であるため、DNMT阻害薬・HDAC阻害薬が治療標的になる。