2017年比較腫瘍学常陸宮賞受賞者
The Awardee of the 2017 Prince Hitachi Prize for Comparative Oncology

"Widespread Transmission of Independent Cancer Lineages within Multiple Bivalve Species"
多種の二枚貝における独立クローン性白血病細胞の種も超える広域水平伝播

Stephen P. Goff
Higgins Professor of Biochemistry
Department of Biochemistry and Molecular Biophysics
Department of Microbiology and Immunology
Columbia University Medical Center

スティーブン ゴッフ 博士
コロンビア大学メディカルセンター生化学 教授

略歴

Stephen Goff博士は、1951年にRhode Island州Providenceに生まれ、幼少期をMassachusetts州の臨海の小さな町で過ごした。彼は1973年,ロドプシン視覚顆粒の特異な性格と構造に関する卒業論文を書いて首席でAmherst Collegeを卒業し、A.B.の称号を得た。博士はそれから有名なStanford Universityの生化学部大学院に進み、ノーベル賞受賞者Paul Berg博士の研究室に入った。当時Stanfordは組み替えDNAの構築と増幅のための画期的な方法を発展させていた。Goff博士は、SV40ウイルスを増殖させ、外来DNAを哺乳動物細胞の中で発現させるためのベクターとして利用する研究に専念し、1978年に優秀な成績でPhDを得た。彼はまた同僚の大学院学生であったMarian Carlsonと結婚し、近隣のSierra山脈にリュックサックを背負って山登りしたりロッククライミングすることに終世続く興味をもつようになった。
Dr. Goffはそれからふたたび東海岸に戻り、Jane Coffin Childs Fellowとしてポスドクの研究をするためにMITのノーベル賞受賞者David Baltimore博士の研究室に所属した。夫人もJane Coffin Childs FellowとしてMITに移り、酵母菌での遺伝子制御の研究を始めた。MITでGoff博士は初めてレトロウイルスの研究を始めたが、その研究は今日まで続いている。ポスドクフェローの間に、彼はAbelsonマウス白血病ウイルスのゲノムを単離し、その構造を決め、またウイルスオンコジーンから得たDNAプローブを用いてマウスのゲノム中のc-ablプロトオンコジーンを単離し、その性格を明らかにした.これらの研究は、ウイルスオンコジーンは、親のMoloneyマウス白血病ウイルスによる、細胞のmRNAのcDNA断片の導入により生じることを明らかにした。Goff博士はまた、Moloneyウイルスのゲノムの感染性DNAのコピーを単離し、その組みかえDNAを操作することで更なる遺伝子解析を可能にした。
1981年Goff博士はニューヨークに移り、Columbia University College of Physicians and Surgeonsの生化学および分子生物物理学部の教授になった.現在はHiggins Professor of Biochemistry の職にあり、またInvestigator of Howard Hughes Medical Instituteを兼務している。Carlson博士もColumbia大学遺伝学部の教授となった。30年以上に亘りGoff博士はMoloneyマウス白血病を一つの遺伝子システムとして発展させて来た.一つの主要なアプローチは、単離したウイルスのDNAコピーに突然変異を入れ、培養条件でマウスの細胞を形質転換した後のウイルス生活環に対する変異の影響を明らかにすることである.彼はまた、マウスの生殖系細胞に非選択的に遺伝子破壊ないしノックアウト変異を導入における最初の成功例に貢献した。Goff博士の現在の研究は、レトロウイルスの生活環とウイルス増生を阻害する宿主の制御システムの解明に集中している.彼の研究室は、ジンクフィンガー抗ウイルスタンパクでZAPと命名された新しい宿主タンパクを同定してその機能を明らかにしたが、ZAPはマウス白血病ウイルス、Ebola, Sindbis およびHIV-1などを含む多くのウイルスの遺伝子発現を阻害する.彼の研究室はまた、ES細胞におけるレトロウイルスDNAのサイレンシングに関わるタンパク複合体を解析し、ZFP809と名付けたES細胞特異的でプロウイルスDNAを認識するジンクフィンガータンパクを同定した。
Goff博士は、Woods Hole Oceanographic Instituteの海洋生物学者Carol Reinisch博士から、Atlantic soft-shell clam Mya arenaria (オオノガイ、薄殻ハマグリ)の白血病様疾患の研究のために招聘を受けた.Goff博士の研究室は、腫瘍性の血液細胞では、彼らがSteamerと名付けた内因性のretroelementのコピー数が劇的に増加していることを見いだした.New York, MaineおよびCanadaの病気を持った貝のDNAを調べると、腫瘍の遺伝子型は全て同一で、宿主の遺伝子型とは異なっていた.この研究は、この病気は伝染性のクローン性細胞が個体から個体へ感染して生じているという驚嘆すべき結論に到達したのである。その後の研究は、この現象が多くの種類の貝で共通に見られることを示した.ほとんどの腫瘍は、発生した宿主と同一種内に止まっていたが、一つの腫瘍は、種を超えて感染し、現在はもとの種ではなく別の種の中で流通している。

Personal History Outline

Dr. Stephen Goff was born in Providence, Rhode Island in 1951 and spent his childhood in a small town on the Massachusetts waterfront. He received his A.B. degree from Amherst College in 1973, graduating Summa Cum Laude, writing a thesis on the spectral properties and structure of the rhodopsin visual pigments. He then entered graduate school at the prestigious Department of Biochemistry at Stanford University, joining the laboratory of Nobel Laureate Paul Berg. At this time Stanford was developing breakthrough methodologies for the construction and propagation of recombinant DNA molecules. Dr. Goff focused on the replication of simian virus 40 and its use as a vector for the expression of foreign DNAs in mammalian cells, receiving his PhD with distinction in 1978. He also married fellow graduate student Marian Carlson, and acquired a lifelong interest in backpacking and rockclimbing in the nearby Sierra mountains..
Dr. Goff then moved back to the East Coast to do postdoctoral work as a Jane Coffin Childs Fellow in the laboratory of Nobel Laureate Dr. David Baltimore at MIT.  His wife moved to MIT, also as a Jane Coffin Childs Fellow, to work  on gene regulation in yeast. At MIT Dr. Goff first began work on retroviruses, which he continues to the present day. During his postdoctoral fellowship he cloned the genome of the Abelson murine leukemia virus, determined its structure, and used DNA probes from the viral oncogene to clone and characterize the c-abl proto-oncogene in the mouse genome. These studies revealed that the viral oncogene arose by transduction of a cDNA fragment of the cellular mRNA by the parental Moloney murine leukemia virus. Dr. Goff also cloned infectious DNA copies of the Moloney virus genome, enabling further genetic analyses by manipulation of the recombinant DNA.
In 1981, Dr. Goff moved to New York to join the faculty of the Department of Biochemistry and Molecular Biophysics at Columbia University College of Physicians and Surgeons, where he is presently the Higgins Professor of Biochemistry and an Investigator of the Howard Hughes Medical Institute. Dr. Carlson joined the faculty of the Department of Genetics at Columbia. Over more than three decades Dr. Goff has developed the Moloney murine leukemia virus as a genetic system. A major approach has been to create mutations in a cloned DNA copy of the viral genome, and to determine the effects of the mutations on the viral life cycle after transformation of mouse cells in culture. Dr. Goff also contributed to the first successful introduction of a gene disruption, or "knock-out" mutation, into the mouse germ line at a nonselectable locus. Dr. Goff’s current work is centered on the study of the retrovirus life cycle and the host restriction systems that inhibit virus replication. His lab identified and characterized a novel host protein, termed ZAP for zinc finger antiviral protein, that blocks gene expression of many viruses, including the murine leukemia viruses, Ebola, Sindbis, and HIV-1. The lab has also characterized a protein complex responsible for the silencing of retroviral DNAs in embryonic stem (ES) cells, and identified a zinc finger protein, ZFP809, as the ES-cell specific subunit that recognizes the proviral DNA.
Dr. Goff was recruited to study a leukemia-like disease of the Atlantic soft-shell clam Mya arenaria by Dr. Carol Reinisch, a marine biologist at the Woods Hole Oceanographic Institute. His laboratory discovered that the genomes of the neoplastic hemocytes had undergone a dramatic increase in the copy number of an endogenous retroelement they dubbed “Steamer.” Tests of DNAs of diseased animals from New York, Maine and Canada revealed that the tumor genotypes were all identical to each other, and were distinct from the genotypes of the affected host animal. The studies led to the astonishing conclusion that the disease resulted from the transmission of a contagious clonal cell line spreading from animal to animal. Subsequent work showed that the phenomenon is common to many species of molluscs. While most of these tumors are restricted to the species of their origin, one tumor, as a result of cross-species transmission, is now circulating in a species different from that of its origin.

研究業績

Goff博士の貝の腫瘍との関わりは、soft-shell clam Mya arenaria(オオノガイ、薄殻ハマグリ)の白血病様疾患(多くの個体に拡散している病気)の研究をしているWoods Hole Oceanographic InstituteのCarol Reinisch博士からのemailに始まった.この病気は、血リンパ(hemolymph)の細胞の高い核分裂指数を示す劇的な過形成として出現し,ほとんど例外なく致死的である.この病気の原因は謎に包まれており、それまで環境汚染や感染因子の関与などが示唆されていた。貝を用いての細胞性ないし無細胞性の血リンパの感染実験の結果が報告されており、何らかの感染因子が存在するという結論であった. Goff博士の研究室は、病気の個体の血リンパは,しばしば高レベルの細胞外逆転写酵素を有していることを示し、これはレトロウイルスの感染を示唆した。無細胞性の血リンパから抽出したRNAは哺乳動物のレトロウイルスのRNAに類似した新遺伝子配列を示した.Goff博士とポスドクフェローのGloria Arriagada博士は、この塩基配列に基づいてオーバーラップするPCRプライマーをデザインし、4kbのcDNAを増幅、単離したが、この中にレトロウイルスはなく、しかし彼らがSteamerと名付けた新規のretroelementがあった.腫瘍細胞のDNAでは、Steamer挿入部が、ゲノムあたり150コピーにおよぶ膨大な増幅をしていた。
このSteamerの新コピーが宿主のオンコジーンの活性化発現を来しているかを見るために、ポスドクフェローのMichael Metzger博士が、いろいろの腫瘍のDNAの何カ所かの組み込み部分を単離し遺伝子を解読した。驚いたことに、多数の腫瘍において、ほとんどの挿入部分が同一であり、多数の腫瘍は単一クローンに由来することが示唆された。遺伝子解析は、これが真実であることを証明した。ミトコンドリアDNAのSNPsとpolymorphic microsatellite allelesの解析は、腫瘍細胞の遺伝子型は宿主のそれとは一致しないことを示した。他方、New York, Maine, Prince Edward Island, Canadaなどの離れた場所の貝の腫瘍細胞が、ほとんど同一の遺伝子型を示し、それは宿主のそれとは異なっていた。これらの結果は,がんは一個の起始ハマグリから生じたクローン性の伝染性細胞が、海と言う環境の中で他の個体に広がったということを確証した。
近年、多様な軟体動物の種において、腫瘍が同様な基盤を持つことが見いだされている。Goff博士と彼の同僚は,各々の種のがんは独立したがんのクローンで出来ており,遺伝子型は宿主とは異なっていることを示した.彼らはまた,一つの種carpet shell clamでは,感染性のがん細胞クローンは、近縁だが別種の貝からの種を超えた伝染に由来していることを見出した。 Goff博士の研究成果は,伝染性がんは,自然界では従来想像されていたよりも頻繁で、伝播のルートがあり,がんを排除する免疫機構がないところでは出現しうることを示唆している。

Academic Achievement

Dr. Goff’s involvement with neoplasia in molluscs began with an email from Dr. Carol Reinisch, a marine biologist at the Woods Hole Oceanographic Institute who studies a leukemia-like disease, disseminated neoplasia, in the soft-shell clam Mya arenaria. The disease is manifested by a dramatic hyperplasia of cells in the hemolymph with high mitotic index, and is almost invariably fatal. The etiology of the disease had been mysterious, and suggestions included both environmental pollution and infectious agents. Experimental transmission of disease between animals by cells or cell-free hemolymph had been reported, consistent with the presence of some kind of infectious agent. Tests in Dr. Goff’s lab revealed that the hemolymph of the diseased animals often contained high levels of extracellular reverse transcriptase, suggestive of a retroviral infection. RNA preparations from cell-free hemolymph contained novel sequences with similarity to those of mammalian retroviruses. Dr. Goff and postdoctoral fellow Dr. Gloria Arriagada then used PCR primers based on these sequences to amplify and clone overlapping cDNAs spanning a contiguous 4 kb sequence, not encoding a retrovirus, but a novel retroelement they dubbed “Steamer”. The DNAs of the tumor cells were found to have undergone a massive amplification of Steamer insertions, with up to 150 new copies per genome.
To ask whether the new copies of Steamer might have activated expression of a host oncogene, postdoctoral fellow Dr. Michael Metzger cloned and sequenced a number of integration sites from various tumor DNAs. Surprisingly, the majority of the integration sites were identical in multiple tumors, suggesting the tumors might be clonally related. Genotyping proved this to be true. Examination of mitochondrial DNA single nucleotide polymorphisms (SNPs) and polymorphic microsatellite alleles showed that the genotypes of neoplastic cells did not match those of the host animal. Instead, neoplastic cells of animals from dispersed locations in New York, Maine, and Prince Edward Island (PEI), Canada, all had nearly identical genotypes that differed from those of the host. These results confirmed that the cancer is spreading between animals in the marine environment as a clonal transmissible cell derived from a single original clam.
Recently neoplasias in a variety of other species of molluscs were also found to have a similar basis. Dr. Goff and his colleagues discovered that the cancers in each species were caused by independent clones of cancer cells that were genetically distinct from their hosts. They also found that in one species, the carpet shell clam, the infectious clone of cancer cells was derived from a related but distinct species and resulted from a cross-species transmission. Dr. Goff’s work suggests that contagious cancers may be more common in nature than previously supposed, and can arise whenever there are routes of transmission and no immune system able to reject them.