3つの問い：腫瘍進行を特徴づける予測モデルの構築

**タイトル: 3つの質問: 腫瘍の進行を特徴づける予測モデルの構築** ダーウィンのフィンチが自然選択に応じて生き延びるために進化したように、がん腫瘍を構成する細胞もまた、生き残り、進化し、拡散するために選択圧に対抗します。実際、腫瘍は独自の構造と変化する能力を持つ複雑な細胞の集合体です。 今日、人工知能と機械学習ツールは、遺伝子、エピジェネティクス、代謝、微小環境の各レベルで腫瘍の進行を支配する普遍的な法則を解明する、比類のない機会を提供しています。 MIT生物学部、コーク統合がん研究所、医療工学・科学研究所の助教授であるマシュー・G・ジョーンズは、計算的アプローチを用いて予測モデルを構築し、がんとのチェスゲームを戦い、腫瘍の進化と治療抵抗性の能力を理解することで、患者の転帰を改善することを最終目標としています。このインタビューで、彼は現在の研究について説明します。 **Q:** あなたは腫瘍の進行のどの側面を探求し、特徴づけようとしていますか？ **A:** がんに関する非常に一般的な経過は、患者が最初は治療に反応するものの、最終的にはその治療が効かなくなるということです。これが主に起こる理由は、腫瘍には驚くべき、そして非常に厄介な進化能力、つまり遺伝的構成、タンパク質シグナル伝達組成、細胞動態を変化させる能力があるからです。腫瘍というシステムは構造レベルでも進化します。多くの場合、患者が腫瘍に屈する理由は、腫瘍がもはや制御できない状態に進化したか、あるいは予測不可能な方法で進化したためです。 多くの点で、がんは一方では信じられないほど調節不全で無秩序であり、他方では常に変化する独自の内的論理を持つものと考えることができます。私の研究室の中核的な仮説は、腫瘍は空間と時間において典型的なパターンに従うということであり、私たちは計算科学と実験技術を用いて、これらの変容の根底にある分子プロセスを解読したいと考えています。 私たちは、染色体外DNAと呼ばれるDNA増幅の形態を通じて腫瘍が進化する、一つの特定のメカニズムに焦点を当てています。染色体から切り出されたこれらのecDNAは環状化され、核内で独自の独立したDNA粒子のプールとして存在します。 1960年代に最初に発見されたecDNAは、がんではまれな現象と考えられていました。しかし、研究者たちが2010年代に大規模な患者コホートに対して次世代シーケンシングを適用し始めると、これらのecDNA増幅は腫瘍がストレスや治療により速く適応する能力を与えているだけでなく、当初考えられていたよりもはるかに普遍的なものであることが明らかになりました。 現在、これらのecDNA増幅は最も悪性度の高いがん、すなわち脳腫瘍、肺がん、卵巣がんの約25％に認められることが分かっています。様々な理由から、ecDNA増幅は腫瘍が進化する際のルールブックを変更し、非常に驚くべき方法でより悪性の疾患へと加速することを可能にすることがわかってきました。 **Q:** 機械学習と人工知能をどのように用いてecDNA増幅と腫瘍進化を研究していますか？ **A:** 研究室で行っていることを患者の生活を改善するために応用するという使命があります。私は患者データから始めて、様々な進化的圧力がどのように疾患と私たちが観察する変異を駆動しているかを明らかにしたいと考えています。 腫瘍進化を研究するために使用するツールの一つは、単一細胞系統追跡技術です。大まかに言えば、これらは個々の細胞の系統を追跡することを可能にします。特定の細胞をサンプリングするとき、私たちはその細胞の状態を知るだけでなく、（理想的には）悪性化に関わる変異が腫瘍の歴史のいつ現れたかを正確に特定することができます。その進化的歴史は、私たちがリアルタイムでは観察できないこれらの動的プロセスを研究する方法を与え、その進化をどのように妨害できるかを理解するのに役立ちます。 私は、特定の薬剤に反応する患者を層別化し、薬剤耐性を予測・克服し、新しい治療標的を特定する能力が高まっていくことを願っています。 **Q:** MITコミュニティに参加することについて、何があなたを興奮させましたか？ **A:** 私が本当に惹かれたことの一つは、工学と生物科学の両方における卓越性が統合されている点でした。コーク研究所では、各階がエンジニアと基礎科学者の間の交流を促進するように設計されており、キャンパスを超えて、グレーターボストン地域のすべての生物医学研究機関と連携することができます。 MITに惹かれたもう一つの点は、教育、訓練、学生の成功への投資に非常に重点を置いているという事実でした。私は個人的に、学術研究を産業研究と区別するものは、学術研究が本質的に奉仕の仕事であり、次世代の科学者を育成している点にあると信じています。 計算技術と実験技術の両方の分野に卓越性をもたらすことは、常に私の使命でした。私が採用を希望する研究者は、協力を熱望し、両方の分野を必要とする大きな問題を解決したいと考える人々です。KI（コーク研究所）は、この種のハイブリッド研究室に特化して設置されています。私のドライラボはウェットラボのすぐ隣にあり、それが協力と交流の源となっており、それはKIの基本的なビジョンを反映しています。

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