シングルセル型PLOM-CON法を駆使した細胞周期依存的な薬効の解明と層別化~抗がん剤作用の超早期検出と予兆シグナル同定~

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2025-10-31 東京科学大学

東京科学大学の加納ふみ教授らは、単一細胞レベルで薬剤応答を解析する「シングルセル型PLOM-CON法(sc-PLOM-CON)」を開発した。従来法では捉えにくかった抗がん剤作用初期のタンパク質ネットワークの乱れを検出でき、シタラビン処理細胞ではG2期サイクリンB1を薬効発現の予兆シグナルとして特定。薬剤ごとの作用機序を分子レベルで層別化でき、新規バイオマーカー探索や個別化医療への応用が期待される。

シングルセル型PLOM-CON法を駆使した細胞周期依存的な薬効の解明と層別化~抗がん剤作用の超早期検出と予兆シグナル同定~
図1. シングルセル型PLOM-CON解析の概要。細胞周期(G1, S, G2/M期)によって層別化された単一細胞の多重染色(>30色)画像を取得し、それぞれの細胞ごとに30種以上のタンパク質情報(特徴量)を紐づけ、細胞ごとの相関関係をもとに共変動ネットワークを求めた。

<関連情報>

相関異常とプレサージュタンパク質シグナルを用いた単一細胞PLOM-CONアプローチを用いた細胞周期依存性薬剤効能の解明と層別化 Unveiling and stratifying cell cycle-dependent drug efficacy using a single-cell PLOM-CON approach with correlation anomaly and presage protein signals

Yoshiyuki Noguchi,Rina Kunishige,Naeko Shinozaki-Narikawa,Hiroshi Yamashita,Kazuyuki Aihara,Masayuki Murata & Fumi Kano
Communications Biology  Published:30 October 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s42003-025-08916-w

Abstract

In drug discovery, assessing and stratifying drug efficacy on cells is vital. To demonstrate the efficacy of drugs on cells in different cell cycle phases, it is essential not only to analyze multidimensional protein data on the single-cell level but also to establish a methodology for extracting key molecules from subtle differences in cellular states in response to the drug. Here we introduce a single cell-PLOM-CON analysis method by combining multiplex immunofluorescence and image-based covariation network analysis and reveal several changes of proteins in early cell state changes across different cell cycle phases in HeLa cells, induced by anticancer drugs, bleomycin, cytarabine and aspirin, before any visible effects of drugs on the cell cycle appeared. Furthermore, the dynamical network biomarker theory reveals that cyclin B1 at the G2 phase is a presage protein signal of S-phase arrest induced by anticancer drugs with modes of action (MoA) similar to cytarabine. This integrated approach allows for the extraction of early protein biomarkers in initial states of drug efficacy and for drug stratification using subtle differences in MoA.

医療・健康
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