Analysis of tumor microenvironment using tissue clearing technology

• Project/Area Number: 19K16604
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 49030:Experimental pathology-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 山城 恵生 (高橋恵生) 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 助教 (30836226)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2019: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 組織透明化技術 / がん微小環境 / ３次元イメージング

Outline of Research at the Start

組織透明化技術をがん研究に応用することにより、マウスモデルでのがん転移を個体・臓器レベルで１細胞解像度を有して３次元で観察できるようになってきた。本研究ではそれをさらに発展させることで、がん微小環境におけるがん細胞の形質や、がん細胞と間質との相互作用、さらにはそこでのシグナル活性を、臓器レベルで高解像度かつ３次元に観察する。このように、ミクロとマクロの双方を同時に観察できる利点を活かし、これまでとは違う視点からがん微小環境の理解を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

昨年度までの研究で、組織透明化技術と遺伝子改変マウスを用いて、マウスのリンパ管および血管を可視化するモデルを立ち上げた。また、細胞周期を示すFUCCIレポーターシステムを発現するがん細胞株を作製し、それらをマウスへと移植することで、さまざまながん細胞移植モデルを確立した。これら確立したモデルを使って、本年度は以下２点について研究を進めた。
１）組織透明化技術により観察されるマウスのリンパ管および血管の３次元構造について、共同研究先とともに数学的手法による新たな評価系を立ち上げた。また、メラノーマ細胞を用いた実験肺転移モデルにおいてがん転移とリンパ管を同時に可視化する系では、それらの３次元距離を解析することに成功した。その結果、がん転移とリンパ管の相互の距離が時間経過とともに縮まっていることが示唆された。
２）肺がん細胞や乳がん細胞のFUCCIレポーター発現株を用いて、さまざまながん細胞移植モデルでの転移巣における細胞周期を観察した。その結果、同じがん細胞でも臓器によってその転移巣の形や大きさが異なることのみならず、細胞周期のパターンにも違いがあることを見出した。また、同じ臓器内に存在するがん転移巣の間でも、細胞周期のパターンが異なる場合があることもわかった。次にFUCCIレポーター発現株を用いて抗がん剤の効果を評価した。複数の抗がん剤を評価したが、中でも低濃度の5-FU処理によってがん細胞が緑色を示し、細胞周期がS/G2/M期で停止することがわかった。さらにマウスでの実験肺転移モデルにおいて5-FUを投与すると、転移巣の周辺部が緑色を示し、in vitroと同様にS/G2/M期で停止することが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Malignant subclone drives metastasis of genetically and phenotypically heterogenous cell clusters through fibrotic niche generation (2021)
  • Author(s): Kok Sau Yee、Oshima Hiroko、Takahashi Kei、Nakayama Mizuho、Murakami Kazuhiro、Ueda Hiroki R.、Miyazono Kohei、Oshima Masanobu
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 863-863
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21160-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protocol for Imaging and Analysis of Mouse Tumor Models with CUBIC Tissue Clearing (2020)
  • Author(s): Takahashi Kei, Kubota Shimpei I., Ehata Shogo, Ueda Hiroki R., Miyazono Kohei
  • Journal Title: STAR Protocols Volume: 1 Issue: 3 Pages: 100191-100191
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2020.100191
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 組織透明化によるがん研究の進歩 (2020)
  • Author(s): 高橋恵生
  • Organizer: 第79回日本癌学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 組織透明化手法を用いたがん微小環境の解析 (2020)
  • Author(s): 高橋恵生、江幡正悟、宮園浩平
  • Organizer: 第22回日本がん分子標的治療学会学術集会
• [Presentation] Application of topological data analysis in mouse disease model (2020)
  • Author(s): Kei Takahashi
  • Organizer: JSPS Core-to-Core Program "Establishing International Research Network of Mathematical Oncology"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 組織透明化技術を用いたがん微小環境の解析 (2020)
  • Author(s): 高橋恵生
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Visualization of tumor microenvironment using tissue-clearing technology (2019)
  • Author(s): Kei Takahashi, Shimpei I Kubota, Shogo Ehata and Kohei Miyazono
  • Organizer: 第78回日本癌学会学術総会
• [Presentation] がん研究における臓器透明化手法の応用 (2019)
  • Author(s): 高橋 恵生
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会