がんのプロテオーム解析

１．がん研究におけるプロテオーム解析の意義

がんは遺伝子の疾患であり、ゲノムの広範囲にわたって生じた遺伝子の異常によって正常細胞はがん細胞になる（図１）。ゲノムの異常は最終的には機能的な異常としてがんの臨床病理学的特性を決定しており、ゲノムの異常に基づいたがんの分類は臨床的な特性を反映する。しかし、ゲノムの異常はかならずしもmRNAやタンパク質の異常に反映されてはいないようにみえる。たとえば、DNAのコピー数の異常やメチル化の異常は常にmRNAの発現に影響しているわけではない。また、mRNAとタンパク質の発現量が相関しないとする報告は多い。さらに、翻訳後修飾、活性・機能、細胞・組織の中での局在、形成する複合体などのタンパク質の特性をゲノムの情報から完全に予測することは現在のところできない。一方で、このようなタンパク質の特性に関する異常とがんの悪性度との関係は多数報告されている。つまり、ゲノムに蓄えられた情報の機能的な解釈のためにはプロテオームの情報は必須であり、がん細胞においてゲノムの異常がどのように細胞の形質に反映されているかを知るためにもプロテオミクスは重要である。

図１．ゲノムの情報は、mRNA、タンパク質へと翻訳され、最終的に細胞の形質を支配する。プロテオームは細胞の形質のすぐ背景にある分子集団であり、プロテオーム解析はゲノム情報の機能的な解釈やがん研究に有用である。

がんのプロテオーム解析では、ゲノムスケールで網羅的にタンパク質の状態を調べ、異常を来たしたタンパク質が相互にどのように関わりあってがんの発生や進展に関与しているのかを解明する。得られた研究成果を用いてがんの予防、診断、治療に貢献することが、我々のがんのプロテオーム解析の最終目標である。

図２．がんのプロテオーム解析の流れ。がんの本態解明と治療成績の向上を目指した研究を行う。

２．がん研究におけるプロテオーム解析の現状

ヒトゲノム計画の成果と従来からあるさまざまな実験技術の飛躍的な進歩によって、タンパク質を網羅的に調べることが現実的になった。がん研究におけるプロテオーム解析では、１）がんの発生・進展の分子メカニズムの解明、２）治療標的の探索、３）バイオマーカー開発、が現在の主な研究テーマである。プロテオーム解析の技術としては、二次元電気泳動法、質量分析、タンパク質（抗体）アレイ、液体クロマトグラフィーなどが普及している。いずれの技術もそれぞれに長所短所、向き不向きがあり、どれか一つが他と比べて絶対的に優れているということはない。研究の目的やラボの環境に応じて使い分けたり組み合わせたりして使用されている。

試料調整のための技術もプロテオーム解析では重要である。タンパク質は分解されやすいため、再現性よくサンプリングするための工夫が必要である。また、腫瘍組織はさまざまな細胞を含むため、特定の細胞を選択的に回収するレーザーマイクロダイセクションの技術も正確なタンパク質発現解析には必要だろう。さらに、ごく少量のタンパク質を観察するための超高感度の蛍光色素や、定量的比較解析のためのアイソトープ試薬などもプロテーム解析では重要な役割を果たしている。それぞれについて各社さまざまな製品を販売しており、どれをどのように組み合わせるとどのようなデータが出るのかということについて報告が多数なされている。プロテオーム解析のアプローチ法と同様、どれか一つの方法が圧倒的に優れているということはなく、研究目的に応じた使い分けが必要である。すなわち、研究目的をはっきりさせることがプロテオーム解析ではもっとも重要なことである。

３．がん研究におけるプロテオーム解析の展望

がん研究においてプロテオーム解析は普及しており、多くの論文にて研究成果に触れることができる。得られた研究成果をどのように臨床応用していくかが次の課題である。バイオマーカー開発においては、バイオマーカー候補の同定に続いてたくさんの症例で統計的、機能的、臨床的検証を行ったり、臨床検査で使用可能なかたちで実用化したりすることが一般に必要である。研究開発の当初から実用化をあらかじめ念頭に置いて戦略を立て、実用化のための機器や抗体を開発したり、実用化にあたっての事業的側面を検討したりすることが求められている。すなわち、個人芸的なプロテオーム解析の技術だけでは足りなくて、総合的な研究環境の整備が必要である。

プロテオーム解析はタンパク質の全体像を理解することが本来の発想である。しかしながら、現状ではプロテオーム解析において観察できるタンパク質は全体のごく一部にすぎない。応用研究と同時に既存の技術の革新的な発展や根本的に新しい技術の創造を目指した基礎研究も当分は継続する必要がある。開発中の技術を使って得られた実用的・学術的な成果が、その技術のパフォーマンス評価につながることを技術開発を行う場合はいつも念頭におく必要がある。

プロテオームの異常の背景には必ずゲノムの異常が存在するはずなので、プロテオーム解析をゲノム研究の一部とみなして、ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオームを統合的に解析する「統合的オーム解析」がこれからは重要な研究テーマになっていくと考えられる。その場合、臨床病理情報との統合を併せて行うことによって、疾患の背景にあるメカニズムの解明、創薬ターゲットの同定、バイオマーカーの開発などが促進されるだろう。

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