急性骨髄性白血病（AML）は、骨髄中で未熟な芽球が無制限に増殖する悪性血液腫瘍です。近年のゲノムシーケンス技術の発達に伴い、主要なドライバー遺伝子変異や染色体構造異常が数多く特定され、病態解明やリスク分類の精度は大きく向上しました。しかしながら、DNA塩基配列の変異というゲノム情報のみでは、患者ごとに大きく異なる臨床経過や治療反応性といった多様性（ヘテロジェネティ）を完全に説明しきれないこともわかっています。
こうした背景のもと、ゲノム変異の深層に存在するエピジェネティクスの解明に向けた研究が進められてきました。日本とスウェーデンの国際共同研究チームは、1,563例の新規診断AML患者からなる大規模コホート「eCHROMA（Encyclopaedia of Chromatin in AML）」を構築し、クロマチンアクセシビリティ（DNAの開口状態）を全ゲノム規模で測定するATAC-seqを軸とした多層オミクス解析を実施しました。
キーポイント
- クロマチンアクセシビリティに基づく16の新規サブグループ: 1,563例のATAC-seq解析により、AMLはクロマチン構造の開口パターンに応じた16の明確なサブグループ（A〜P）に分類されることが証明されました。
- ゲノム分類を相補的に拡張する病態プロファイル: 主要な遺伝子融合を持つ一部の群を除き、多くのエピジェネティック・サブグループは従来のWHO/ICC分類と複雑な対応関係を示し、塩基配列変異だけでは十分に理解できなかった細胞状態（発生起源や分化軌跡）を捉えています。
- スーパーエンハンサーと転写因子ネットワークの全貌: H3K27ac ChIP-seqにより同定された1,718個のスーパーエンハンサー（SE）と、ANANSEおよびColtron解析を統合することで、各サブグループを制御するマスター転写因子（HOXA9, SPI1, CEBPA, BCL11A等）を特定しました。
- 単一細胞解析での一貫性と独立した予後予測能: 単一細胞ATAC/RNA解析（36例・281,167細胞）により各サブグループ固有の「エピジェネティックの指紋」が確認され、本分類が遺伝子変異とは独立した予後予測因子および特定の薬剤感受性指標となることが検証されました。
背景と目的：ゲノム解析を超えたエピジェネティクスの解明
急性骨髄性白血病（AML）の日常診療においては、世界保健機関（WHO）分類、国際コンセンサス分類（ICC）、European LeukemiaNet（ELN）リスク分類など、主に遺伝子変異や染色体異常を基準とした分類体系が世界的に用いられています。これらは分子標的薬の適応判断や同種造血幹細胞移植の適応決定において不可欠な指針となっています。しかし、同一のドライバー変異を持つ症例間であっても、芽球の分化段階や白血球数、化学療法に対する感受性や長期予後に大きな乖離が生じることが少なくありません。
がん細胞におけるエピゲノムの異常は、DNAメチル化やヒストン修飾、クロマチン構造の変化を介して、塩基配列を変化させることなく遺伝子発現パターンを規定します。白血病細胞のエピゲノムは、遺伝子変異による直接的な影響だけでなく、白血病化の母体となった細胞の発生起源（cell of origin）、造血幹細胞の老化、微小環境の慢性炎症や代謝不全といった多様な非遺伝的要因の影響を受けて形成されます。
従来のエピゲノム研究ではDNAメチル化解析が中心的に用いられてきましたが、本研究では「クロマチンアクセシビリティ（ATAC-seq）」が主要な解析軸として採用されました。クロマチンアクセシビリティの解析は、DNAメチル化単独の評価と比較して、転写因子の現実的な結合状態やエンハンサーの活性化、転写機構の開口状態といった機能的な遺伝子制御面をより直接的に評価できる優位性を持っています。特にエンハンサー領域などの非プロモーター領域におけるクロマチンの開口度は、症例間の変動が大きく、AMLの病態的多様性を捉える上で極めて感度の高い指標となります。
本研究チームは、スウェーデン（1,040例）および日本（523例）のバイオバンクから計1,563例の新規診断AML患者を集積し、「eCHROMA」コホートを確立しました。この大規模なサンプル群に対して、ATAC-seq、ターゲットシーケンス、RNA-seq、全ゲノム解析（WGS）、DNAメチル化解析、ChIP-seq、さらには単一細胞RNA/ATAC多層解析（scRNA/ATAC-seq）を包括的に統合し、AMLにおけるクロマチン構造の体系的分類と分子病態の解明を目指しました。
クロマチンアクセシビリティに基づく16のAMLサブグループ
1,563例のATAC-seqデータに対するクラスタリング解析の結果、AMLは個有のクロマチンアクセシビリティ・プロファイルを持つ16のサブグループ（A〜P）に分類されました。これらのサブグループは高い再サンプリング精度を示し、特定の遺伝子変異の集積、固有のDNAメチル化パターン、および特異的な細胞分化プロファイルと密接に対応していました。
同定された16のサブグループと、従来のゲノム分類（WHO/ICC）との関係性は以下のように整理されます。
まず、特定の遺伝子異常とほぼ1対1で対応するサブグループが存在します。サブグループAはPML::RARA融合遺伝子、サブグループBはRUNX1::RUNX1T1融合遺伝子、サブグループCはCBFB::MYH11融合遺伝子、サブグループIはCEBPA遺伝子のbZIP領域インフレーム変異を伴う2重変異群と完全に一致していました。
一方で、これら以外の多くのサブグループは、既存のゲノム分類と複雑な重なり合い（1対多、あるいは多対1）を示しました。例えば、従来の分類でNPM1変異やKMT2A再構成に分類されていた症例は、HOX遺伝子の過剰発現を共通の特徴とする4つのサブグループ（D〜G）へと再編されました。各サブグループの病態プロファイルを詳細に分析すると、遺伝子変異の組み合わせや細胞分化の偏向（Lineage Bias）における明確な違いが見出されます。
- サブグループD（HOX, primitive）: ほぼ全例において互いに排他的なTET2, IDH1, IDH2変異が集積し、SRSF2変異が高頻度に併発する一方で、DNMT3A R882変異が著しく少ないという極めて特徴的な変異プロファイルを有しています。未熟な造血幹・前駆細胞（HSPC）の形質を強く保持しています。
- サブグループE（HOX, primitive）: WT1変異やコヒーシン複合体遺伝子変異が集積し、サブグループDと同様に未熟なHSPC形質を示します。
- サブグループFおよびG（HOX, mature-1/2）: FAB分類のM4/M5に対応する単球系分化傾向を示します。サブグループGではNPM1やFLT3-ITD変異がほぼ見られず、代わりにKMT2A再構成や8番染色体体加重（gain of chr 8）、複雑核型が高頻度に観察されます。
- サブグループH（CMML-like）: TET2, RUNX1, ASXL1, SRSF2およびRASパスウェイ変異が顕著に集積し、単球系分化を示します。慢性骨髄単球性白血病（CMML）からの病態的連続性を示すグループと考えられます。
- サブグループJ（CEBPA-bi, MD）: 典型的なbZIP/TAD1領域の組合せとは異なるCEBPA2重変異（59%）に加え、TET22重変異やASXL1、スプライシング因子変異といった骨髄異形成関連変異（MDS-related mutations）が集積しています。
- サブグループK（RUNX1）: RUNX1変異（77.5%）を筆頭に、スプライシング因子変異、7q欠失（del(7q)）、複雑核型が高度に集積しています。
- サブグループL（IDH1/IDH2）: 互いに排他的なIDH1およびIDH2変異を特徴とし、特にIDH2 R172変異が濃厚に集積しています。
- サブグループM（DDX41）: DDX41変異と赤芽球系への分化傾向を特徴とします。
- サブグループN, O, P（TP53変異群）: いずれもTP53異常や複雑核型が集積するグループですが、系統偏向において明確に分化しています。サブグループNは赤芽球系・巨核球赤芽球系前駆細胞（MEP）へ極度に偏向し、サブグループOは未熟なHSPCへ偏向し、サブグループPは多系統への分散した寄与を示します。
さらに、本研究では従来用いられてきた遺伝子発現プロファイル（RNA-seq）に基づくクラスタリング（18のサブグループ）との比較解析も実施されました。その結果、ATACサブグループとRNAクラスタは約半数の症例で一致したものの、残りの半数では互いに異なる階層の分類構造を示しました。これは、クロマチン構造（アクセシビリティ）と遺伝子発現プロファイルが、白血病細胞の状態を互いに補完し合う異なる分子階層として捉えていることを実証しています。
決定木解析（decision-tree analyses）や全ゲノム解析（WGS）を駆使した探索を行っても、多くのATACサブグループは単一の遺伝子変異やその単純な組み合わせだけでは定義できませんでした。それにもかかわらず、ATACに基づく分類は、従来のゲノム分類と比較して、白血病細胞の遺伝子発現パターン、白血球数、骨髄芽球割合、およびデコンボリューション解析で推定された細胞分化状態といった病態生理学的・臨床的特徴とより強力に相関していました。遺伝子変異という「設計図の異常」が同一であっても、クロマチン構造・状態が、白血病の臨床像や表現型を直接規定していることが明らかとなったのです。
スーパーエンハンサーと転写因子ネットワークによる遺伝子制御機構
白血病細胞においてエピジェネティクスの異常がどのように遺伝子発現プログラムを破綻させ、異常増殖や分化停止を引き起こすのか、その分子メカニズムの解明は治療標的の同定に不可欠です。本研究では、H3K27acのChIP-seq解析によりスーパーエンハンサー（SE）を同定し、転写因子（TF）を中心とした遺伝子制御ネットワーク（GRN）の構築を行いました。
解析により、1,718個の非重複スーパーエンハンサーが同定されました。これらは、全サブグループで共通して存在する「共通SE（498個）」、複数のサブグループで共有される「一部共有SE（833個）」、そして特定サブグループにのみ存在する「固有SE（387個）」に分類されます。固有SEの近傍には、造血幹細胞機能や発がんに関与する主要な遺伝子が位置していました。
サブグループ固有の制御機構をより深掘りするため、本研究では2つの異なるネットワーク解析を統合しました。1つ目は、クロマチンアクセシビリティとRNA-seqデータから転写因子の遺伝子発現に対する影響度を定量化する「ANANSE解析（GRN influence score）」、2つ目はスーパーエンハンサー領域における転写因子の結合挙動とネットワーク結合度を評価する「Coltron解析（Coltron score：イン度およびアウト度の和）」です。この2つの解析を統合することにより、各サブグループを真に駆動している重要な転写因子群が明らかとなりました。
- HOX過剰発現グループ（D〜G）: HOXA9やPBX3などの造血幹細胞の自己複製に関わる転写因子が強力なネットワークノードを構築しています。
- 分化段階による制御ネットワークの遷移: 未熟なHSPC形質を持つサブグループDやEではHOXA9やPBX3が主導するのに対し、単球系分化を示すサブグループF, G, Hでは、SPI1（PU.1）、IRF8、CEBPBといった骨髄・単球系分化を推進する転写因子ネットワークへと制御の軸が完全に遷移していました。
- 特定変異・分化グループ: CEBPA変異が集積するサブグループIおよびJ、ならびにRUNX1変異を伴うサブグループKでは、BCL11A, GATA2, IRF4などが特異的な制御ノードとして統合ネットワークの上位に位置づけられました。
これらの知見は、AMLの病態的多様性が遺伝子変異の有」のみによって決定されるのではなく、白血病化の母体となった細胞の発生起源に由来するエピジェネティックな記憶、スーパーエンハンサーの異所性形成、およびそれらに駆動された転写因子ネットワークの破綻が高度に相互作用することで形成されていることを示しています。
単一細胞解析の検証と臨床的・予後への影響
バルク解析で同定された16のサブグループが、個々の白血病細胞レベルでも単一の集団として存在しているのか、また実際の臨床においてどのような意義を持つのかを検証するため、単一細胞レベルの多層解析および外部コホートを用いた検証が行われました。
単一細胞での一貫性と分化軌跡
36例のAML患者（計281,167細胞）および完全寛解期の対照サンプルを用いた単一細胞ATAC/RNA解析（scRNA/ATAC-seq）により、以下の結果が示されました。
第一に、同一のATACサブグループに属する患者由来の白血病細胞は、異なる患者に由来するサンプルであっても単一細胞ATAC-seqの空間上で同一のクラスタへ高度に集積しました。これにより、各サブグループが患者個体の違いを超えた共通の「エピジェネティックの指紋（Epigenetic Fingerprint）」を細胞レベルで保持していることが示されました。
第二に、正常な造血幹・前駆細胞の分化軌跡を対照とした擬時間（pseudotime）解析により、各サブグループの白血病細胞が造血幹細胞レベル、赤芽球系前駆細胞レベル、あるいは単球系レベルといった特定の分化段階において正常な造血プログラムから離脱している連続的な軌跡が定量的に明らかになりました。
臨床的意義と予後影響
遺伝子発現データからATACサブグループを予測する分類モデル（ClaNCアルゴリズム）を構築し、独立した4つの外部コホート（計1,079例）に適用したところ、各サブグループ特有の遺伝子変異パターンや臨床的特徴（発症年齢、白血球数、芽球割合など）が高精度に再現されました。
さらに、多変量解析を実施した結果、クロマチンアクセシビリティに基づくATACサブグループは、既存のELNリスク分類やWHO/ICCゲノム分類とは独立した「強固な予後予測因子」であることが明らかとなりました。また、薬剤スクリーニングデータとの統合解析により、特定のサブグループが既存の抗がん剤や分子標的薬に対して著しく異なる感受性を示すことも明らかとなり、治療法選択における実用的なバイオマーカーとしての価値が示されました。
さいごに
本研究は、1,563例という大規模コホートの統合多層オミクス解析を通じて、急性骨髄性白血病（AML）におけるクロマチン構造の全貌を体系化し、従来のゲノム変異のみでは説明しきれなかった病態の多様性を16のエピジェネティック・サブグループとして整理しました。スーパーエンハンサーと転写因子ネットワークが描く分子景観、そして単一細胞レベルで解明された異常な分化軌跡は、白血病の病態解明において極めて大きな学術的・臨床的価値を持ちます。
今後は、このエピジェネティック分類を次世代シーケンサーを用いた日常的な分子診断パイプラインや臨床アルゴリズムへとどのように統合していくかが重要な課題となります。例えば、HOXA9駆動型ネットワーク（サブグループD〜G）を示す症例に対するMENIN阻害薬の適応の精査や、FLT3変異やRASパスウェイ変異を伴うサブグループに対する分子標的薬の最適化、さらにはスーパーエンハンサーやクロマチン構造そのものを標的とした新規エピジェネティック治療薬の層別化投与など、実臨床における精密医療（Precision Medicine）の今後の展開が期待されます。
