マイクロサテライト不安定性と発がん

マイクロサテライト不安定性とは、マイクロサテライト内の変異（変化）の数が多いがん細胞を表す。例えば、マイクロサテライトの検査で、30％以上のマイクロサテライトに変異が認められた場合は、「マイクロサテライト不安定性-高」と呼ばれる。マイクロサテライトとは、DNAの短い繰り返し配列のことである。

マイクロサテライトについては以下のページをご覧ください。

マイクロサテライト　STR short tandem repeat　タンデ
ムリピート　縦列反
復配列

マイクロサテライト不安定性（MSI）は、DNAのミスマッチ修復（MMR）システムの欠損によって引き起こされるもので、リンチ症候群に関連する腫瘍で観察される分子異常である。マイクロサテライト不安定性が高いがん細胞は、細胞内でDNAがコピーされる際に生じるミスを修正する能力に欠陥がある可能性がある。マイクロサテライト不安定性は、大腸がん、胃がん、子宮内膜がんに多く見られるが、他の多くの種類のがんにも見られる可能性がある。マイクロサテライト不安定性が高いがんであるかどうかを知ることで、最適な治療法を計画することができる。MSI-Hがんとも呼ばれる。

マイクロサテライトが不安定な理由とは？

マイクロサテライトが不安定になる原因は、細胞内でDNAがコピーされる際に、ミスが修正されないことにあると考えられています。マイクロサテライト不安定性は、大腸がん、胃がん、子宮内膜がんなどに多く見られるが、その他の多くのがんにも見られる可能性があります。

マイクロサテライト不安定性はどのようにして癌を引き起こすのか？

マイクロサテライト不安定性（MSI）は、MLH1、MSH2、MSH6、PMS2などのDNAミスマッチ修復遺伝子(MMR遺伝子)の変異によって生じるもので、MMR遺伝子の体細胞または生殖細胞のエピ/ジェネティックな変化によってDNAミスマッチ修復（MMR）機能が失われると、ゲノム上に多数の変異が蓄積され、マイクロサテライト不安定性（MSI）と呼ばれる分子表現型が生じる。胃がんでは、約15～30％の症例でMSIが発生する。

MSI-H（マイクロサテライト不安定性が高い）は、散発性大腸がん（CRC）の10～15％に認められる。MSI-Hとは、マイクロサテライト不安定性が高いという意味で、腫瘍内に多くの不安定性があることを意味し、治療方針の決定にも役立つ。MSIの存在は、大腸がんの場合は良好な転帰を予測する因子の一つである。

MSIが遺伝子変異を起こすメカニズムについてはこちらをご覧ください。

マイクロサテライトの不安定性をどのようにして特定するのか？

マイクロサテライト不安定性検査は、正常組織のマイクロサテライトマーカーパネルのヌクレオチドリピート数と、同一個体の腫瘍組織のヌクレオチドリピート数を比較することにより、MMRの欠損による腫瘍を特定するために用いられる。

次世代シーケンサ（NGS）

DNA複製の際にMMRの機能にエラーが生じることにより、MSIが発生しやすくなります。臨床的には、マイクロサテライト配列の変化を検出することでMSIを検出したり、4つのMMRタンパクが欠損しているかどうかを検出することでMMRの機能障害があるかどうかを判断したりします。しかし、1つの検出方法だけでは判断を誤る可能性があるという研究結果もあり、2つの検出方法を同時に用いると、サンプルの必要量が多く、検出コストが高くなるという問題に直面する。これらの問題を解決するために、NGSによるMSI検出のためのマイクロサンプルを使い捨てにして、MSIとMMR関連遺伝子やTumor mutational burden（TMB）が変化しているかどうかを知ることができるようになった。NGS検出は、100個の既知の遺伝子を直接ターゲットにしてゲノム配列を決定し、腫瘍組織のマイクロサテライト不安定性を検査している。2017年、MSKのIMPACT製品は、がん組織のマイクロサテライト不安定性を検出するためにFDAに承認された。従来の方法と比較して、IMPACTのチェック結果の均一性は92％以上である。ついで、FMI社のNGS製品F1CDXがFDAに承認され、MSIにも使用できるようになった。

蛍光マルチプレックスPCRとキャピラリー電気泳動CE

ポリメラーゼ連鎖反応（PCR）法は、腫瘍組織で検出されたマイクロサテライト遺伝子座を正常なDNAと比較する方法である。米国国立がん研究所は、MSIの状態を判定するためのマイクロサテライトマーカーとして、2つの一塩基反復遺伝子座BAT-25とBAT-26、3つの多塩基反復遺伝子座D2S123、D5S346、D17S250を推奨している。1つの部位が不安定な場合を低マイクロサテライト不安定性（MSI-L）、2つ以上の部位が不安定な場合を高マイクロサテライト不安定性（MSI-H）と呼ぶ。また、5つの部位すべてが不安定な場合は、マイクロサテライト不安定性（MSS）と呼ぶ。この方法はMSIの状態を直接反映することができるが、MSIの遺伝子型しか得ることができない。現在までに、蛍光マルチプレックスPCRとキャピラリー電気泳動（CE）を用いて、同じ患者の正常組織と腫瘍組織におけるDNA分子鎖上のMSI状態を検出している。蛍光多重PCRとCEは、蛍光標識PCR増幅後の遺伝子を検出するために用いられる。高効率、高感度、信頼性の高い解析結果という特徴から、この検出法はMSI検出のゴールドスタンダードとなっている。現在、蛍光多重PCRとCEいよりヒト細胞のMSIを検出するためのMSI分析システムが設計され、この方法では、5つの準単形部位BAT-26、NR-21、BAT-25、MONO-27、NR-24を一度に検出することができる。

免疫組織化学(IHC)

MMR遺伝子の欠失の検出は、MSIの状態を間接的に反映する。IHCは、hMLH1、hPMS2、hMSH2、hMSH6からなるMMRタンパク質の発現を検出する方法である。これらのMMRタンパクのいずれかの発現が見られない場合は、MMR欠損（dMMR）を意味する。4つのMMRタンパク質がすべて発現していれば、ミスマッチ修復が十分に行われている（pMMR）ことを意味する。一般的に、dMMRはMSI-Hと同等です。IHCは非常にシンプルで実用的なので、PCRの代わりに使えるのではないかという考えもあるが、場合によっては、dMMRとMSI-Hを同時に検出できないことがあります。例えば、MSH6変異によるdMMRはMSI-H診断の基準を満たすことができず、MSI-H陽性の腫瘍は、現在の技術では検出できないMMR経路のタンパク質に由来する可能性がある。

単一分子分子反転プローブ（smMIPs）

最近、精度が高く、患者に正常な材料を合わせる必要のないsmMIPを用いて、マイクロサテライト不安定性を検出する方法が発表された。この方法は、1分子逆探キャプチャーとハイスループットシーケンサーにより、いろいろながんのマイクロサテライト不安定性を正確に診断することができるが、smMIPが正確にマイクロサテライト不安定性を識別できるのは、大腸がん、前立腺がん、子宮内膜がんにおけるMSIの有無の判定のみである。

MSI算出方法

MANTISは、腫瘍サンプルと正常サンプルを比較して、各マイクロサテライト部位の対立遺伝子分布差値を算出した後、その平均値をMSIスコアとしている。MANTISは、より多くのMS部位を検出することができ、高い精度を保つことができる。現在、MANTISは、いろいろながんのMSI検出に広く使用されている。

MSI-H患者における遺伝子変異の特徴

MSI-H患者の突然変異には共通点があることがわかっている。

・MMR遺伝子の生殖細胞変異、POLE（ポリメラーゼE）／POLD1（ヒトDNAポリメラーゼδ）は、MSI-H患者ではMSS患者よりも多く見られる。
・極めてMSI-Hの腫瘍では、3′UTR（3′-untranslated region）を短縮することで、がん遺伝子の翻訳レベルを向上させることができ、MSIが頻発する原因となるが、miRNA（マイクロRNA）を介した制御が失われる可能性があることがわかっている。

がん細胞の病原性に似た一群のノンコーディングRNA分子が、ヒトの免疫反応を引き起こし、がんの発症を加速させることがわかった。また、これらのノンコーディングRNAは、タンパク質を生成しないものの、サテライトDNAのクラスによって転写され、その調節的役割が腫瘍の成長と密接に関係していることが分かっている。

様々な癌における変異の特徴

MSI-H症例には同じ繰り返し遺伝子座があるだけでなく、いくつかの腫瘍特異的な遺伝子座があることがわかっている。例えば、その膜貫通型/TGFβ、細胞ストレス応答/DNA損傷、染色体/M期関連の分子機能は、MSI再発の遺伝子に豊富に含まれており、TGFBR2のフレームシフトMSIの発生は、子宮体部子宮内膜がん（UCEC）よりも大腸腺がん（COAD）や胃腺がん（STAD）で多く見られ、特定の腫瘍環境がMSI現象の発生を助長していることが示されている。
5つの準シングレットマーカー（NR-21、BAT-25、MONO-27、NR-24、BAT-26）を用いれば、Promega MSI分析試薬は、正常なDNAを対にすることなく、MSI-H CRCを正確に識別できることを明らかになっている。