Investigation of the immune response of the tumor-infilteating T cells by novel scTCR-seq methods

• Project/Area Number: 19K16620
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 49030:Experimental pathology-related
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: Shichino Shigeyuki 東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 助教 (70822435)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: T細胞応答 / TCRレパトワ解析 / single-cell TCR-seq / single-cell RNA-seq / シングルセルTCR-seq / がん免疫 / １細胞TCRレパトワ解析 / 1細胞トランスクリプトーム / T細胞 / T細胞受容体 / バイオインフォマティクス

Outline of Research at the Start

獲得免疫の中心の一つであるT細胞クローンの選択的増殖および機能分化は、がん
など様々な非自己の排除において中心的な役割を果たします。本研究では、数千のT細胞が持つ抗原受容体と、数千の遺伝子発現情報を同時解析する新たな手法の開発を通じ、マウス担癌モデルにおける"個々のT細胞クローン応答の俯瞰図”の解明を目指します。

Outline of Final Research Achievements

We have succeeded in establishing a unique and highly accurate scTCR-seq analysis method based on BD Rhapsody. When a B16 mouse subcutaneous tumor model administered with anti-CD4 antibody was analyzed by this method, eight major infiltrating T cell subsets were identified based on gene expression. Of the oligoclonal / polyclonal T cell fractions identified by overlapping analysis of scTCR-seq information and regional lymph node TCR-seq information, the proportion of ealry-exhausted T cells and late-exhausted T cells was 10%: 90% for the former and the latter. Was 30%: 70%. In addition, the latter expressed significantly more genes involved in the phenotype of early-exhausted T cells than the former.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究により、腫瘍浸潤T細胞のうち、Oligoclonal画分ではなく、Polyclonal画分に分化・増殖ポテンシャルを持つ前期疲弊T細胞が維持されていることが見出された。近年, 抗PD-1抗体を投与された皮膚基底細胞癌症例において, 後期疲弊T細胞からなる腫瘍浸潤T細胞クローンが治療前後で入れ替わっていることが報告されている。本研究やこれらの報告を鑑みると、当該Polyclonal画分に属するT細胞クローンが, より反応性が高いOligoclonal画分のT細胞クローンを置換し, 新たな腫瘍反応性クローンとして機能し、チェックポイント阻害剤はそれを増強しているという可能性が考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Transient Depletion of CD4+ Cells Induces Remodeling of the TCR Repertoire in Gastrointestinal Cancer. (2021)
  • Author(s): Aoki H, Ueha S, Shichino S, Ogiwara H, Shitara K, Shimomura M, Suzuki T, Nakatsura T, Yamashita M, Kitano S, Kuroda S, Wakabayashi M, Kurachi M, Ito S, Doi T, Matsushima K.
  • Journal Title: Cancer Immunol Res Volume: 0 Pages: 0-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interleukin-11-expressing fibroblasts have a unique gene signature correlated with poor prognosis of colorectal cancer. (2021)
  • Author(s): Nishina T, Deguchi Y, Ohshima D, Takeda W, Ohtsuka M, Shichino S, Ueha S, Yamazaki S, Kawauchi M, Nakamura E, Nishiyama C, Kojima Y, Adachi-Akahane S, Hasegawa M, Nakayama M, Oshima M, Yagita H, Shibuya K, Mikami T, Inohara N, Matsushima K, Tada N, Nakano H.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 12 Issue: 1 Pages: 2281-2281
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22450-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Combined treatment with HMGN1 and anti-CD4 depleting antibody reverses T cell exhaustion and exerts robust anti-tumor effects in mice (2019)
  • Author(s): Chen Chang-Yu、Ueha Satoshi、Ishiwata Yoshiro、Yokochi Shoji、Yang De、Oppenheim Joost J.、Ogiwara Haru、Shichino Shigeyuki、Deshimaru Shungo、Shand Francis H. W.、Shibayama Shiro、Matsushima Kouji
  • Journal Title: Journal for ImmunoTherapy of Cancer Volume: 7 Issue: 1 Pages: 21-21
  • DOI: 10.1186/s40425-019-0503-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] First-in-human phase 1 study of IT1208, a defucosylated humanized anti-CD4 depleting antibody, in patients with advanced solid tumors (2019)
  • Author(s): Shitara K、Ueha S、Shichino S、Aoki H、Ogiwara H、Nakatsura T、Suzuki T、Shimomura M、Yoshikawa T、Shoda K、Kitano S、Yamashita M、Nakayama T、Sato A、Kuroda Sakiko、Wakabayashi Masashi、Nomura Shogo、Yokochi Shoji、Ito Satoru、Matsushima Kouji、Doi Toshihiko
  • Journal Title: Journal for ImmunoTherapy of Cancer Volume: 7 Issue: 1 Pages: 195-195
  • DOI: 10.1186/s40425-019-0677-y
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 肺線維症のsingle cell transcriptome解析に基づく治療標的候補分子探索 (2021)
  • Author(s): 七野 成之
  • Organizer: ゲノム創薬・創発フォーラム第5回シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] シングルセルトランスクリプトーム解析の現状と、それに基づく肺線維症治療標的候補分子探索 (2021)
  • Author(s): 七野 成之
  • Organizer: 第２０回分子予防環境医学研究会
  • Invited
• [Presentation] 新規single-cell RNA-seq解析を用いた肺線維症における脂質代謝関連遺伝子変動とその役割の解析 (2020)
  • Author(s): 七野 成之
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 新規single-cell RNA-seq解析法TAS-Seqを用いた肺線維症における細胞間相互作用ネットワークにおけるハブ因子の同定 (2020)
  • Author(s): 七野 成之
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Anti CD4 Monoclonal Antibody Immunotherapy Exerts an Antitumor Effect by Replacing the T Cell Receptor Repertoire in Patients with Gastrointestinal Cancer. (2019)
  • Author(s): Shitara K、Ueha S、Shichino S、Aoki H、Ogiwara H、Nakatsura T、Suzuki T、Shimomura M、Yoshikawa T、Shoda K、Kitano S、Yamashita M、Nakayama T、Sato A、Kuroda S、Wakabayashi M、Nomura S, Yokochi S, Ito S, Matsushima K, Doi T
  • Organizer: AACR Annual Meeting 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 6.担がん患者における抗CD4抗体投与後のTCRレパトア変動の解析 (2019)
  • Author(s): 青木寛泰, 上羽悟史, 七野成之, 荻原春, 設樂紘平, 中面哲也, 鈴木利宙, 下村真菜美, 北野滋久, 山下万貴子, 伊藤哲, 土井俊彦, 松島綱治
  • Organizer: 第5回骨免疫学会
• [Presentation] 担がん患者における抗CD4抗体投与後のTCRレパトア変動 (2019)
  • Author(s): 青木寛泰, 上羽悟史, 七野成之, 荻原春, 設樂紘平, 中面哲也, 鈴木利宙, 下村真菜美, 北野滋久, 山下万貴子, 伊藤哲, 土井俊彦, 松島綱治
  • Organizer: 第28回日本癌病態治療研究会