buveryの日記

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2012-01-12 甲状腺の7q11遺伝子検査は役に立たない

この論文はあまり一般的ではないので、結論から書きます。細かい理由を知りたい人だけ、最後まで読めばよいでしょう。

染色体7q11の遺伝子検査をして、将来甲状腺癌になるかどうかわかるのだろうか? 04:31 染色体7q11の遺伝子検査をして、将来甲状腺癌になるかどうかわかるのだろうか?を含むブックマーク

結論から言うと、分かるという根拠はないし、そういう遺伝子検査は意味がありません。

この話の由来は、国会や、その他の説明資料で後述するPNASのHessの論文を根拠に、児玉龍彦さんが、『甲状腺のヨウ素被曝=7q11での遺伝子の重複=小児甲状腺癌の発症』と誤解される説明をしたことにあります。この関係はイコール、つまり、すべて100%の確率でおこることではありません。

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児玉さんのスライドでの説明。これだと、7q11での重複が原因で、重複があれば、いずれ必ず甲状腺癌になるように見える。実は、7q11の重複がRET/PTC組換えを起こすというとは言えない(後述)。



実際、ヨウ素被曝をしても、程度が低ければ発癌しませんし、高度の被曝をしていても大部分は発癌しません。チェルノブイリでは、ベラルーシのゴメル地区で、25万人の子どもが甲状腺の等価線量で平均0.61Gyの被曝(福島で測定されている最大の子供の20倍程度)をしたと推測されていますが、(J Radiol Prot 26:127, 2006)、癌化したのはベラルーシ全体で4000人規模、ゴメルだけならそれ以下なので、1.6%以下しか発癌していません。チェルノブイリ級の無茶苦茶な被曝であっても、発癌しない人の方が圧倒的に多い。

これを踏まえた上で、遺伝子検査の意味がない理由を書きます。

意味がない理由(1)もともと、チェルノブイリでの90%以上の小児甲状腺癌は7q11遺伝子重複があるかないかに関らず、チェルノブイリの原発事故が原因である。 04:31 意味がない理由(1)もともと、チェルノブイリでの90%以上の小児甲状腺癌は7q11遺伝子重複があるかないかに関らず、チェルノブイリの原発事故が原因である。を含むブックマーク

後ほど論文については書きますが、チェルノブイリの汚染地域で甲状腺癌を発症した子供の甲状腺癌の組織を調べて7q11の遺伝子異常がある割合は、4割。小児甲状腺癌を汚染地域で発症していても、6割の患者には、この遺伝子異常はない。しかも、ベラルーシでは、一番ひどい年(1995年)で通常の100倍、20年平均でも10倍の小児甲状腺癌が発症しています。だから、遺伝子検査をしなくても、もともと9割以上がチェルノブイリ事故由来であることが分かっているものを、チェルノブイリ事故である事を示すために、4割しか分からない検査をする意味はありません。この検査は、甲状腺癌の機序を解明し、ひいては治療に資するためのもので、甲状腺癌の原因を同定するためのものではありません。

意味がない理由(2)癌化していない甲状腺組織をとって遺伝子検査をしても、異常がみつかるとは限らない。 04:31 意味がない理由(2)癌化していない甲状腺組織をとって遺伝子検査をしても、異常がみつかるとは限らない。を含むブックマーク

もとの論文は、甲状腺癌の組織を取り出してきて、その癌に遺伝子異常があるかないかを調べたもの。癌は、異常になった細胞が増殖したものですから、癌の組織だけをとりだすと、その遺伝子異常が分かりやすい。しかし、この論文は癌になる前の組織を調べたものではありません。従って、癌が発症する前にパット見は正常な甲状腺の組織をとってきて、遺伝子異常がみつかるという根拠は全くないし、そんなことは論文では述べられていません。また、逆に、その一部組織で遺伝子異常がないとしても、正常な甲状腺を全組織を使って検査する訳にはいきませんから、残りの部分で遺伝子異常があり、癌化する可能性が必ず残ります。だから、検査で異常があってもなくても、癌化については確たることは言えません。

また、もう一つ言うと、論文から7q11の重複が、小児甲状腺癌の『原因ではないか』と言えますが、『原因である』とは示していません。*1

意味がない理由(3)意味のない傷害を子供に与えるのは、最初から倫理的に正当化できません。 04:31 意味がない理由(3)意味のない傷害を子供に与えるのは、最初から倫理的に正当化できません。を含むブックマーク

福島での甲状腺癌被曝の規模は、チェルノブイリと比べて二桁は低く、まず、小児甲状腺癌の患者はでないと予測されます。田崎先生の文章を参照して下さい。その状況で、まず癌化もしない子供の正常な甲状腺の組織をとることは正当化されません。

意味がない理由(4)重複があろうとなかろうと、甲状腺癌になるかならないかで、治療方針が決まるわけだから、この検査は、全く意味がありません。 04:31 意味がない理由(4)重複があろうとなかろうと、甲状腺癌になるかならないかで、治療方針が決まるわけだから、この検査は、全く意味がありません。を含むブックマーク

仮に、遺伝子検査をして、7q11の重複があるのかないのか分かったとします。そうすると、4通りの場合があり、普通は以下のように対応することになります。

1)重複がなく、甲状腺癌にならなかった場合は、何もその先しない。

2)重複がなく、甲状腺癌になった場合は、甲状腺癌の治療を行う。

3)重複があり、甲状腺癌にならなかった場合は、何もその先しない。

4)重複があり、甲状腺癌になった場合は、甲状腺癌の治療を行う。

従って、重複があろうと、なかろうと、通常はすることは同じ。逆に、この検査を意味があるものにするためには、

5)重複がある場合に、甲状腺癌になっていなくても、甲状腺を予防的に切除するなど、『先回りの治療』を行う

という前提でなければおかしい。こういう『先回りの治療』が、負荷の小さい物なら構いません。しかし、外科手術など侵襲の大きなものは話が違う。病気になるかならないか分からない人を先回りで治療するのは、倫理的に大きな問題があります。例えば、BRCA1遺伝子に変異があり、乳癌家系である人の乳房を、癌の発症する前に切除して良いのか?というのと似ています。甲状腺癌の場合、負荷の小さい予防法などありませんから、私はそういう方針は認められないと考えます。人間は死ぬまでにはたいてい病気になります。首を切ってしまえば、あらゆる癌にはならないけれど、それを治療とは呼ばない。

しかも、この検査に金と手間を浪費するとなれば、愚かとしか言いようがない。

以下、問題の論文と、私がなぜ上のように考えたのか、理由を説明します。

甲状腺の癌化に関わる遺伝子で一般に分かっていたこと 04:31 甲状腺の癌化に関わる遺伝子で一般に分かっていたことを含むブックマーク

甲状腺癌は、内分泌器官の癌としてはもっともありふれたもので、新たに診断される癌の約1%にもなります。もっともよくあるのは、甲状腺癌の8割を占める甲状腺乳頭癌であり*2、遺伝子としては、膜貫通型のチロシンキナーゼ型受容体である、RETやTRK、GTP結合蛋白質であるRAS、とセリンスレオニンキナーゼであるBRAF、その下流のMAPKカスケードが関与していることが知られています。

チロシンキナーゼ型受容体からMAPKカスケードへの経路。括弧内は読み方。

RET(れっと)⇨SHC(えすえちしー)⇨RAS(らす)⇨BRAF(びーらふ)⇨MAPK(まっぷけー)

甲状腺癌の7割でこれらの遺伝子変異がありますが、同一の甲状腺癌でこれらの遺伝子が重複して変異を起こしている事は少なく、(例えば、RET/PTC組み替えを起こしていると、BRAFの変異はない)このシグナル伝達経路はその中の一つが活性化されれば癌化を促進するのに十分である事を示唆しています。

RET遺伝子の構造。RET/PTC組換え 04:31 RET遺伝子の構造。RET/PTC組換えを含むブックマーク

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RET遺伝子からできる蛋白質の構造と、組換えでできる融合蛋白質


RET(rearranged during transfection)は、もとはNIH3T3細胞で組み替えをおこす癌遺伝子として発見されました。RETは染色体の10q11.2にあり、増殖因子であるGDNFの受容体です。一回膜貫通構造で、細胞内にチロシンキナーゼ領域をもちます。

RETは甲状腺の傍濾胞細胞であるC細胞には発現してますが、濾胞細胞では通常発現していません。濾胞細胞で染色体組み替えがおき、適当な遺伝子の5'端とチロシンキナーゼ領域を含むRETの3'端が融合するように遺伝子組み換えがおこることをRET/PTC組換えと呼びます。*3 RETの方は単一の遺伝子ですが、PTCはRETと融合する遺伝子群のことで、単一の遺伝子の名前ではありません*4

RET遺伝子の組み換えはRETのイントロン11でおこり、融合する相手方の遺伝子は、二量体領域と、甲状腺濾胞細胞でRETを発現可能にするプロモーターを持ちます。甲状腺濾胞細胞で発現できるようになり、さらに二量体になることで、RETのチロシンキナーゼ領域は、リガンドに依存することなく勝手に活性化し、SHCを介して下流のRAS-BRAF-MAPKカスケードを活性化できるようになります。甲状腺乳頭癌の大部分では、RET/PTC1かRET/PTC3の組み替えを起こしています。

RET/PTC1や、RET/PTC3を人工的に作って、変異遺伝子を強発現するトランスジェニックマウスを作成すると甲状腺癌を発症します。また、甲状腺細胞を培養して、RET/PTCを遺伝子導入すると、甲状腺特異的な遺伝子発現と、細胞の分化を抑制します(つまり癌化していることを示唆している)。従って、RET/PTCの組み替えは甲状腺癌をひきおこすことが強く示唆されます。このとき、下流のMAPKカスケードの活性化には、BRAFが機能していることが必要であることが知られています。RET/PTCの組換えは、甲状腺癌全体で起きていることもあるし、一部だけのこともあります。RET/PTC組み替えは、チェルノブイリでの甲状腺癌では50-80%と高い頻度でみられ*5、また、青少年の甲状腺癌では成人よりも比較的高い頻度でおこります(40−70%)。従って、次に出てくるBRAF変異は少ないことになります。

BRAFの変異 04:31 BRAFの変異を含むブックマーク

2000年になって、甲状腺癌、黒色腫、大腸癌などでBRAFの変異が関与していることが報告されました。変異のなかでも、遺伝子で1799番目のチミンからアデニンの変異(T1799A)、アミノ酸に直すと600番目のバリンがグルタミン酸に変わる変異(V600E)がもっともよく見られます。V600Eの変異は、BRAFの恒常的な活性化をひきおこします。

これくらいが、論文を読む前の基礎知識です。

7q11染色体のコピー数の増加と、チェルノブイリでのヨウ素被曝が相関しているという論文04:31 7q11染色体のコピー数の増加と、チェルノブイリでのヨウ素被曝が相関しているという論文。を含むブックマーク

以上のことを踏まえて、もとのPNASの論文をみてみましょう。もとの論文は、

Gain of chromosome band 7q11 in papillary thyroid carcinomas of young patients is associated with exposure to low-dose irradiation

Hess et. al. Proc Natl Acad Sci U S A. 108:9595 (2011)

甲状腺乳頭癌の若い患者における染色体7q11の重複は低線量被曝と関連している)

電離放射線は、甲状腺乳頭癌の危険因子であり、チェルノブイリ事故後に甲状腺乳頭癌が増えたことが知られています。チェルノブイリでの甲状腺癌は、前述のようにRET/PTC組換え(特にRET/PTC3)が多かったことから、初期はRET/PTCが放射線による遺伝子異常のマーカーではないかと考えられていましたが、放射線が原因ではない甲状腺癌でもRET/PTC組み換えが見られ、また成人に多いBRAF変異が少ない事から、RET/PTC組み換えをもつ甲状腺癌は、癌の発症年齢に依存しているのではないか、という意見が出てきています。

そこで、この研究では、被曝に依存した遺伝子変化を調べるため、チェルノブイリ組織銀行(Chernobyl Tissue Bank=1998年からウクライナロシアで甲状腺癌の組織を収集している)から、放射性ヨウ素に被曝したもの、していないものの甲状腺癌の組織を手に入れ、染色体コピー数変化(この論文では copy number alteration=CNA、ただし、一般には copy number variation= CNV という略称の方をよく使います。)をゲノム(遺伝子全体)で調べました。

まず最初に被曝したもの33例、被曝していないもの19例の年齢と人種を合わせた合計52例の集団を作り、そこで、ゲノムでのCNAを調べ、染色体7q11の重複があることを見いだしました。その結果を、検証するために、被曝したもの16例、被曝していないもの12例の別の集団で重複があるかどうかを調べ、確認できたことを示しています。『被曝していない』という定義のために、少なくともチェルノブイリ事故から9ヶ月以降に産まれた人の甲状腺癌を選んでいます。9ヶ月はおおよそヨウ素131の33半減期(おおよそヨウ素131は100億分の1になっている)なので、それだけたった人を選べばヨウ素の被曝をしていないからです。

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表1は、患者の分布を示しています。被曝年齢を合わせることは当然できない訳ですが、その他の手術年齢、腫瘍の大きさ、リンパ節転移は似たようなものです。特に年齢を合わせているのは、RET/PTC3が若年で多く、年齢とともにRET/PTC1が増える事が分かっているからです。若年の甲状腺癌ですから、教科書通りBRAFの変異は少なく、サンプル数の少ない『被曝していない甲状腺癌で検証例のもの』をのぞき、RET/PTC組み換えが多い事が分かります。(補遺をみると、BRAF変異のある人はRET/PTC組み換えが『ない』ことが分かります)RET/PTCは若年の甲状腺癌に多い訳ですが、全ての人にある訳ではないことに注意して下さい。だから、7q11の重複がRET/PTCをひきおこすとは言えません。

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図1は、3400のBACクローンを使って、腫瘍組織のコピー数変化を網羅的に調べたものです。常染色体では、通常は2コピーずつあるわけですが、図の緑はコピー数が増えているところ、赤はコピー数が減っているもの。様々の領域でコピー数の変化があります。*6コピー数の変化は、0-100%の色々な値で変化していることが分かります。(赤は下から、緑は上から棒グラフを書いています)また、細かい事ですが、彼らの使った方法では、性染色体(XとY)でのコピー数変化は調べることができません。だから、この図では、22対の常染色体のみしか示していません。

その中で、被曝の有無によって明らかな差があるのが、染色体7p14.1-7q11.23にわたる32.1Mbpにわたる部位でした。ここで、この変異は被曝している患者の検体全てで見られるものではなく、4割程(33例中の13例。39%)の検体でしか見られていないことに注意して下さい。だから、『被曝すれば7q11の重複を起こすから小児甲状腺癌になる』というのは誤りです。

この論文の著者達は、被曝を等価線量で150mSvと推測して、被曝による甲状腺癌の割合を85%程度と推測していますが、この検体の患者の被爆線量は全く測定されていないので、あくまで当て推量です。ただ、全部が全部被曝による甲状腺癌でない可能性があるということです。

その後に、検証用の検体を使って、被曝の有無で差が出る領域を同じようにarray CGH(array CGHが何かは、知りたい人は調べて下さい。大要の理解には必要がありません。)を使って探すと、16例中の6例で、もう少し狭い範囲(7q11.22-7q11.23, 4.3Mbp)に被曝した患者だけにでる重複領域がありました。この領域は先程のものに含まれるので、コピー数が増えている最小領域はこの4.3Mbpの領域であることが分かります。Ensembl データベース*7を探すと、この領域には68個の遺伝子があることが分かります。

FISHによる確認 04:31 FISHによる確認を含むブックマーク

細胞の中でのコピー数の確認方法には、fluorescence in situ hybridization = FISHといって、蛍光標識プローブを使って、遺伝子の数を組織切片で数える方法があります。ここで、彼らは、参照用として、コピー数の変化していない2番染色体セントロメアの側のBACクローン(RP11-136K15)を用い、RFC2とCLIP2の載っているBACクローンをプローブとして、FISHを行いました。(参照用のプローブで2個標識できれば、その細胞が多倍体でないことが示せます)

Array CGHによる遺伝子の網羅的な検索と一致して、コピー数が増えている検体では、参照用のシグナルに対して3/2、増えていないものでは、参照用のシグナルに対して、2/2であることが分かりました。つまり、7q11の重複がおこっている検体では、3コピー、おきていないものでは、通常と同じく2コピーであることが分かりました。

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実際の写真。これは、患者、UA0135(つまり、Zhytomyr地区の男性、15.6歳、甲状腺乳頭癌、RET/PTC なし、BRAF変異なし)の切片を参照用のプローブであるBACクローンRP11-136K15(白矢印のついた緑色の点、2番染色体のセントロメア近傍)と、BACクローンRp11-422O01(黄色い矢印のついた赤い点、CLIP2を含む、7q11の重複領域の中にある)で、染色したものです。青く大きく丸い団子みたいなのは、細胞核

これを見ると、コピー数が増えていた患者では、だいたい、参照2に対して7q11は3つ。(細かいことを言えば、全ての組織の細胞が3つにはなっていなくて2つのものもある。3つに重複している細胞は最大24%。)

7q11で、遺伝子のコピー数が増えている領域の遺伝子の遺伝子産物が増えているのかRT-PCRで確認した。 04:31 7q11で、遺伝子のコピー数が増えている領域の遺伝子の遺伝子産物が増えているのかRT-PCRで確認した。を含むブックマーク

先程の検証実験で、7q11.22-7q11.23の領域が増えていることが分かったので、その領域の遺伝子産物がコピー数の増加の結果増えているのかを定量的PCRで確認しています。比較しているのは、『被曝していてコピー数が増えている検体』と『被曝していてコピー数が増えていない検体』です。

この領域のめぼしい遺伝子9つをとりあげて(CLDN3, CLDN4, CLIP2, LIMK1, PMS2L2, PMS2L3, PMS2L11, RFC2, STAG3L3)調べると、コピー数の増えているものでは、3つ(PMS2L11, PMS2L3, STAG3L3)がmRNAが有意に増えていました。有意ではないけど、LIMK1とPMS2L2はmRNAが2倍程増えています。*8

オリゴCGHによる、重複領域の詳細マッピング 04:31 オリゴCGHによる、重複領域の詳細マッピングを含むブックマーク

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この詳細領域をオリゴDNAをプローブにして詳細にコピー数を調査すると、BACで行ったCGHと基本的には同じ結果が得られました。ただし、重複している共通領域は、7q11.22-7q11.23の領域の2.9Mbpの領域に狭められました。

著者等は、この7q11の重複領域は、性別、リンパ節への転移状態、腫瘍の大きさ、病理学型、RET/PTCの変異、BRAFの変異の全てと相関せず、被曝したかしていないかだけに相関していると言っています。

この論文から言えること、いえないこと。 04:31 この論文から言えること、いえないこと。を含むブックマーク

この論文から言えることは、7q11の重複はチェルノブイリでのヨウ素被曝に強く相関しているということです。この重複は、被曝していない検体には全く見つからないこと、また、ヨウ素被曝が甲状腺癌を引き起こす事を強く示唆する疫学のデータを考えると、ヨウ素被曝がおそらく原因であろう、と推測できます。あと、この重複により、いくつかの遺伝子の発現が増えていることは調べられていますが、それが癌に結びつくかは不明です。

従って、この論文から、『おそらくヨウ素被曝がこの重複を引き起こす』事は強く示唆されていて、この領域の遺伝子産物が発癌に寄与している可能性はあります。しかしながら、この重複が発癌の原因であると示されている訳ではなく、因果関係を示す事は今後の課題となります。

最後に。このゲノム科学を使った論文の結果では、ヨウ素被曝の危険性の評価(低線量であろうと、高線量であろうと)は全く変わっておらず、線量での危険度を評価する根拠は、チェルノブイリでの疫学データしかありません。そもそも、この論文で使った検体は、全く被曝線量が分からないので、最初から『低線量被曝』の問題ではないのです。だから、『最近のゲノム科学で低線量被曝の研究が進んだ』というのは、全く的外れです。

*1:これが体細胞すべてで遺伝子変異をおこしているような、ハンチントン病のような遺伝子疾患なら、白血球や、口腔粘膜細胞をとるだけでも、遺伝子変異が分かり、病気を発症するのか、また、予後が良いのか悪いのか、確実な予測ができる。

*2チェルノブイリでは、BRAF変異を主体とする甲状腺濾胞癌が増えていない

*3:PTCは、papillary thyroid carcinoma = 甲状腺乳頭癌のこと

*4:PTC1は、H4遺伝子が相手。PTC2はR1α、PTC3はELE1。

*5:初期はRET/PTC3、その後RET/PTC1が増えた

*6:遺伝子が重複しているのは、81箇所、欠損しているのが63カ所。

*7http://www.ensembl.org/

*8:CLIP2は被曝検体を被曝していない検体と比べると、7q11のコピー数に関わらず1.5倍に増えている

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