Prostaglandin-mediated cancer immunoevasion; identification of target cell populations and elucidation of their mechanisms

• Project/Area Number: 20H00498
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 48:Biomedical structure and function and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 成宮 周 京都大学, 医学研究科, 寄附講座教員 (70144350)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥45,500,000 (Direct Cost: ¥35,000,000、Indirect Cost: ¥10,500,000); Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000); Fiscal Year 2022: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2021: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000); Fiscal Year 2020: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
• Keywords: 腫瘍微小環境 / プロスタグランジン / T/NK 細胞 / プロスタグランジンE2 / EP4受容体 / scRNAseq / CD8+ T cells / myeloid cells / regulatory T cells / dendritic cells / プロスタグランジンE受容体EP2 / プロスタグランジンE受容体EP4 / 免疫細胞 / 炎症 / NFkB / 免疫抑制 / 制御性T細胞 / プロスタグランジンE受容体 / 腫瘍免疫回避 / 単一細胞RNA解析 / mregDC / がん免疫回避 / EP2/EP4受容体 / マウス担癌モデル

Outline of Research at the Start

プロスタグランジン（PG）は、その産生酵素ががんで高発現しており、アスピリンなどの阻害薬が様々ながんの発症、再発を抑制することから、がんの増殖進展に強く働いていると考えられています。本研究では、EP2とEP4というPGの作用を伝える２つの受容体に注目して、がん、特に、その免疫回避での、働きを、動物モデルで解明、その結果をヒトのがんに外挿してEP2阻害薬やEP4阻害薬のヒトがんでの応用を促進します。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、腫瘍微小環境におけるプロスタグランジンE2(PGE2)の働きを、まず、LLC1とCT26マウス腫瘍浸潤免疫細胞に対するPGE受容体EP2及びEP4阻害薬の効果をscRNAseq解析で明らかにし、そこで見出されたPGE2作用の分子メカニズムをin vitroで解明するとともに、マウスで見出されたPGE2作用がヒト腫瘍でも働いているかをヒト腫瘍のscRNAseqの結果と比較対照して検証することである。これまで以下の成果を得ている。
1. LLC1マウス腫瘍の増殖がEP2/EP4阻害薬で抑制されることから、そのメカニズムを腫瘍浸潤免疫細胞のscRNAseqで解析し、ここでは PGE2-EP2/EP4経路が①腫瘍への制御性T細胞の誘引と活性化に働き免疫抑制を起こしていること、②腫瘍浸潤骨髄系細胞に働きNFkB経路を活性化して炎症促進に働いていること、③ type Iインターフェロンの産生抑制を起こして抗腫瘍免疫の抑制に働いていること、を明らかにした。これはPGE2が免疫抑制と炎症惹起を繋ぐhubとして働いていることを明らかにしたものである。
2. CT26マウス腫瘍の増殖がEP4阻害薬単独で抑制できること、また、これが抗PD1抗体と相乗効果を発揮することを見出し、各々の条件下で腫瘍に浸潤する免疫細胞のscRNAseqを行い、浸潤細胞クラスターを同定した。現在、各々の細胞クラスターの特徴とこれがEP4阻害薬でどう変化するかを遺伝子発現変化をもとに解析中である。
３．ヒト乳がん、卵巣がん、大腸がん、各５例の手術標本のscRNAseqより抽出した各細胞クラスターでのEP4発現と相関する遺伝子発現シグナチャーの上記マウス腫瘍での存在と阻害薬による変化の有無を比較検証中である。
４．上記PGE2-EP4経路の制御性T細胞の活性化をin vitroで再現に成功、分子メカニズムを解析中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

令和元年に提出した計画調書では以下の３点を本研究で明らかにすべき目標として挙げている。１．LLC1とCT26 tumor modelでPGE2-EP2/EP4作用を担っている細胞集団の同定、２．PGE2-EP2/EP4経路のがん免疫での働きとメカニズムの解明、３．PGE2-EP2/EP4経路のヒトのがん免疫での働きの検証。上記、研究実績の概要に述べたように、本研究ではscRNAseq技術が研究室で立ち上がり、これを用いて、LLC1とCT26での浸潤免疫細胞集団の同定とこれらでのEP2/EP4阻害薬による遺伝子発現変化の有無とその詳細が調べられており、これからPGE2-EP2/EP4経路のがん免疫での働きが明らかになりつつある。また、その中で見出した制御性T細胞の活性化の分子メカニズムはエピジェネティック変化も含めて解析中である。このことから、目標１と２はほぼ達成されつつある。また、３についてもヒト腫瘍のscRNAseqからEP4と関連する遺伝子発現signatureの抽出に成功しており、これがマウス腫瘍でEP4阻害薬で変化しうるとの予備的知見を得ており、達成の見通しである。

Strategy for Future Research Activity

現在、実施している３つの実験・解析、１．CT26でのscRNAseqの解析によるこの腫瘍モデルでのPGE2-EP2/EP4経路の作用と作用メカニズムの解明、２．PGE2-EP2/EP4経路による制御性T細胞の活性化とその意義の解明、３．ヒト腫瘍との共通性の解明、はほぼ順調に推移しているので、これらを促進し、各々について論文を作成、発表する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Mahidol University(タイ)
• [Journal Article] PGE2-EP2/EP4 signaling elicits immunosuppression by driving the mregDC-Treg axis in inflammatory tumor microenvironment. (2022)
  • Author(s): Thumkeo D, Punyawatthananukool S, Prasongtanakij S, Matsuura R, Arima K, Nie H, Yamamoto R, Aoyama N, Hamaguchi H, Sugahara S, Takeda S, Charoensawan V, Tanaka A, Sakaguchi S, Narumiya S.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 39(10) Issue: 10 Pages: 110914-110914
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110914
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Eicosanoid signalling blockade protects middle-aged mice from severe COVID-19. (2022)
  • Author(s): Wong LR, Zheng J, Wilhelmsen K, Li K, Ortiz ME, Schnicker NJ, Thurman A, Pezzulo AA, Szachowicz PJ, Li P, Pan R, Klumpp K, Aswad F, Rebo J, Narumiya S, Murakami M, Zuniga S, Sola I, Enjuanes L, Meyerholz DK, Fortney K, McCray PB Jr, Perlman S.
  • Journal Title: Nature Volume: 605(7908） Issue: 7908 Pages: 146-151
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04630-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Single-cell RNA sequencing identifies a migratory keratinocyte subpopulation expressing THBS1 in epidermal wound healing (2022)
  • Author(s): Siriwach Ratklao、Ngo Anh Quynh、Higuchi Makio、Arima Kentaro、Sakamoto Satoko、Watanabe Akira、Narumiya Shuh、Thumkeo Dean
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Issue: 4 Pages: 104130-104130
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104130
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] LPA suppresses T cell function by altering the cytoskeleton and disrupting immune synapse formation (2022)
  • Author(s): Kremer Kimberly N.、Buser Alan、Thumkeo Dean、Narumiya Shuh、Jacobelli Jordan、Pelanda Roberta、Torres Raul M.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 15
  • DOI: 10.1073/pnas.2118816119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An optimized protocol to identify keratinocyte subpopulations in vitro by single-cell RNA sequencing analysis. (2022)
  • Author(s): Siriwach R, Ngo AQ, Narumiya S, Thumkeo D.
  • Journal Title: STAR Protoc. Volume: 3(4) Issue: 4 Pages: 101906-101906
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2022.101906
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PGE2-EP2/EP4 signaling elicits immunosuppression by driving the mregDC-Treg axis in inflammatory tumor microenvironment (2022)
  • Author(s): Dean Thumkeo, Siwakorn Punyawatthananukool, Somsak Prasongtanakij, Ryuma Matsuura, Kentaro Arima, Huan,Nie, Rie Yamamoto, Naohiro Aoyama, Hisao Hamaguchi, Shingo Sugahara, Shinobu Takeda, Varodom Charoensawan, Atsushi Tanaka, Shimon Sakaguchi, Shuh Narumiya
  • Journal Title: Cell Reports Volume: accepted
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] がん微小環境のトランスレーション・リバーストランスレーション研究の薬理学的アプローチ (2022)
  • Author(s): 成宮 周
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
  • Invited
• [Presentation] PGE2-EP2/EP4シグナルの阻害は炎症を伴う腫瘍微小環境におけるmregDC-Treg軸を抑制する (2022)
  • Author(s): Thumkeo Dean, Siwakorn Punyawatthananukool, 成宮周
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] Activation of regulatory T cells through PGE2-EP4 signaling. (2022)
  • Author(s): 松浦竜真 Dean Thumkeo, 成宮周
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] Elucidation of the role of PGE2-EP2/4 pathway in cancer immunity utilizing scRNA-seq technology. (2022)
  • Author(s): Dean Thumkeo
  • Organizer: The Human Cell Atlas 2022 Asia meeting, Bangkok, Thailand
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Prostagalndins in tumor microenvironment as revealed by scRNAseq analysis (2021)
  • Author(s): Shuh Narumiya
  • Organizer: 14th Meeting of the Asia Pacific Federation of Pharamacologists
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 免疫チェックポイント阻害剤非感受性LLC1腫瘍に対するPGE2-EP2/4阻害剤の抗腫瘍効果及び作用機序の解明 (2021)
  • Author(s): 村田紘規、Thumkeo Dean、成宮 周
  • Organizer: 第139回日本薬理学会近畿部会
• [Presentation] 制御性T 細胞に対するプロスタグランジンE2 の作用および分子制御機構の解明 (2021)
  • Author(s): 松浦 竜真、Thumkeo Dean、成宮 周
  • Organizer: 第140回日本薬理学会近畿部会
• [Presentation] PGE2-EP2/EP4 signaling mediates immunosuppression in tumor microenvironment through the facilitation of mregDC-Treg axis (2021)
  • Author(s): Thumkeo Dean, 成宮 周
  • Organizer: 第50回日本免疫学会総会
• [Presentation] Single cell RNA sequencing identifies a novel LPA-induced THBS1-positive keratinocyte subpopulation that is involved in wound healing (2020)
  • Author(s): Anh Quynh Ngo, Ratklao Siriwach, Dean Thumkeo, Shuh Narumiya
  • Organizer: 第138回日本薬理学会近畿支部会
• [Presentation] New compounds for atopic dermatitis promote selective AHR-induced Filaggrin transcription in NHEK cells (2020)
  • Author(s): Makio Higuchi, Dean Thumkeo, Shuh Narumiya
  • Organizer: 第137回日本薬理学会近畿支部会
• [Remarks] EP2/4阻害薬による抗腫瘍作用の機序解明―新しいがん免疫治療薬の開発に向けて―
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-06-08-1
• [Remarks] 京都大学医学研究科メディカルイノベーションセンター創薬医学講座
  • URL: http://www.mic.med.kyoto-u.ac.jp/index.php
• [Remarks] 京都大学医学研究科創薬医学講座
  • URL: http://www.mic.med.kyoto-u.ac.jp/dddm/