Elucidation of lncRNA functioning in both cancer and human stem cells, and its role in refractory cancer

• Project/Area Number: 20K07561
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 50010:Tumor biology-related
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: TAMAGATA Kazuyuki 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (60455912)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 知明 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (50447299)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 難治癌 / ヒト幹細胞 / lncRNA / scRNA-seq / RNA-seq / Proteome / エピジェネティクス / 難治ガン / IncRNA / 難治がん / IbcRNA

Outline of Research at the Start

がん組織中の腫瘍起源細胞が再発や転移の源となることから、難治性や治療抵抗性のがん病態には休眠状態や多分化能を標的としたがん幹細胞特性のメカニズム解明が重要である。申請者らはp53誘導型長鎖非コードRNA(lncRNA)群を同定し、lncRNAがESの未分化性維持やES初期分化におけるlinage commitmentの制御因子として作用する可能性を見出した。本研究では、lncRNA-p53のがん幹細胞特性における役割と作用メカニズム解明を目指し、難治性がんやがん3次元培養の発現解析と「生物学的・生化学的・高解像度の」機能解析を進める。難治性・治療抵抗性がんに対し革新的創薬の創出が期待できる。

Outline of Final Research Achievements

The tumor suppressor p53 is activated by genotoxic stresses and affects multiple cellular functions, including differentiation. Here, we found human embryonic stem cells (hESCs) occurred in genotoxic stress-induced maldifferentiation via uncharacterized p53-induced lncRNA, lnc-p53. scRNA-seq revealed that lnc-p53 suppressed essential stemness genes and enhanced TGF-β signaling, promoting stem cell differentiation into fibroblast-like cells. The induction of lnc-p53 protected against DNA damage in hESCs by binding DNA-PKCs and attenuating its expression. Moreover, lnc-p53 expression was increased in multiple cancer tissue types, and this upregulation was linked to poor overall survival in several cancers, such as COAD, KIRC and PCPG. Together, these results suggest that p53-induced lnc-p53 not only suppresses hESC stemness but may confer tumor resistance to genotoxic stress by attenuating DNA damage signaling. Also, lnc-p53 might be novel target of cancer treatment and diagnostics.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は機能が全く明らかにされていない新規lncRNA “lnc-p53”を発見しただけでなく、lnc-p53がhESCで未分化性の抑制、線維芽様細胞への強制分化、Genotoxic stress耐性能の獲得など、多様な機能を持つことを明らかにした。加えてlnc-p53は様々ながん種で高発現し、抗がん剤耐性に寄与していることを証明した。興味深いことにlnc-p53はhESC並びにがん以外の正常細胞ではほとんど発現していないことから、核酸医薬の有力な標的となりえる。今後、本研究をさらに発展させ、lnc-p53に対する核酸医薬が抗がん剤耐性を示す難治がんに対する新規抗がん剤となるか検証を行う。

Research Products

• [Journal Article] Proteogenomic landscape and clinical characterization of GH-producing pituitary adenomas/somatotroph pituitary neuroendocrine tumors (2022)
  • Author(s): Yamato A,Nagano H,Gao Y,Matsuda T,Hashimoto N,Nakayama A,Yamagata K,Yokoyama M,Gong Y,Shi X,Zhahara N,Kono T,Taki Y,Furuki N,Nishimura M,Horiguchi K,Iwadate Y,Fukuyo M,Rahmutulla B,Kaneda A,Hasegawa Y,Kawashima Y,Ohara O,Ishikawa T,Kawakami E,Nakamura Y,Inoshita N,Yamada S,Fukuhara N,Nishioka H,Tanaka T
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1304-1304
  • DOI: 10.1038/s42003-022-04272-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MicroRNA-874 targets phosphomevalonate kinase and inhibits cancer cell growth via the mevalonate pathway (2022)
  • Author(s): Aersilan Alimasi、Hashimoto Naoko、Yamagata Kazuyuki、Yokoyama Masataka、Nakayama Akitoshi、Shi Xiaoyan、Nagano Hidekazu、Sakuma Ikki、Nohata Nijiro、Kinoshita Takashi、Seki Naohiko、Rahmutulla Bahityar、Kaneda Atsushi、Zhahara Siti Nurul、Gong Yingbo、Nishimura Motoi、Kawauchi Shoichiro、Kawakami Eiryo、Tanaka Tomoaki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 18443-18443
  • DOI: 10.1038/s41598-022-23205-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Liver group 2 innate lymphoid cells regulate blood glucose levels through IL-13 signaling and suppression of gluconeogenesis (2022)
  • Author(s): Fujimoto Masanori、Yokoyama Masataka、Kiuchi Masahiro、Hosokawa Hiroyuki、Nakayama Akitoshi、Hashimoto Naoko、Sakuma Ikki、Nagano Hidekazu、Yamagata Kazuyuki、Kudo Fujimi、Manabe Ichiro、Lee Eunyoung、Hatano Ryo、Onodera Atsushi、Hirahara Kiyoshi、Yokote Koutaro、Miki Takashi、Nakayama Toshinori、Tanaka Tomoaki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1-21
  • DOI: 10.1038/s41467-022-33171-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TAS4464, a NEDD8-activating enzyme inhibitor, activates both intrinsic and extrinsic apoptotic pathways via c-Myc-mediated regulation in acute myeloid leukemia. (2021)
  • Author(s): Ochiiwa H, Ailiken G, Yokoyama M, Yamagata K, Nagano H, Yoshimura C, Muraoka H, Ishida K, Haruma T, Nakayama A, Hashimoto N, Murata K, Nishimura M, Kawashima, Y, Ohara O, Okubo S, Tanaka T
  • Journal Title: Oncogene Volume: 40 Issue: 7 Pages: 1217-1230
  • DOI: 10.1038/s41388-020-01586-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Single Cell RNA-seq解析を用いた変異p53"Gain of Function"によるメバロン酸合成経路を介したがん悪性化機構の解明 (2022)
  • Author(s): 中山 哲俊, 横山 真隆, 永野 秀和, 山形 一行, 橋本 直子, 村田 和貴, 樋口 誠一郎, 清野 透, 田中 知明
  • Organizer: 第95回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] miR-874によるメバロン酸経路の抑制を介した乳がん抑制機構の解明 (2022)
  • Author(s): 橋本直子, 山形 一行, 横山 真隆, 石 曉彦, 村田 和貴, 関 直彦, 田中 知明
  • Organizer: 第95回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] 免疫染色スコアリングと膵神経内分泌腫瘍の臨床的特徴の関連の検討 (2022)
  • Author(s): 河野 聡美, 橋本 直子, 村田 和貴, 山形 一行, 横山 真隆, 井下 尚子, 大塚 将之, 田中 知明
  • Organizer: 第95回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] 非機能性神経下垂体腫瘍における single cell アトラス (2022)
  • Author(s): 高 躍, 松田 達磨, 藤本 真徳, 中山 哲俊, 橋本 直子, 山形 一行, 横山真隆, 堀口健太郎, 岩立康男, 田中知明
  • Organizer: 第23回日本内分泌学会関東甲信越支部学術集会
• [Presentation] p53-inducible lncRNA-1 causes the loss of pluripotency and prevents genotoxic stress-induced cell death in hESCs (2022)
  • Author(s): Yamagata K, Siti N Z, Hashimoto N, Nakayama A, Fujimoto M, Yokoyama M, Tanaka T.
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] The functional roles of p53-inducible lncRNA-1 on human breast cancer cells and hepatocellular carcinoma cells (2022)
  • Author(s): Siti N Z, Yamagata K, Nakayama A, Hashimoto N, Fujimoto M, Yokoyama M, Miya H, Seki G, Tanaka T
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Mechanism of Breast Cancer Malignant Transformation via Mevalonate Pathway by Mutant p53 Using Single Cell RNA-seq (2022)
  • Author(s): Nakayama A, Yokoyama M, Siti N Z, Seki G, Miya H, Hashimoto M, Yamagata K, Tanaka T.
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] ヒトES細胞から同定された新規p53誘導型lncRNA lnc-p53 の機能とヒトES細胞及びがん細胞での役割 (2022)
  • Author(s): 山形 一行, 田中 知明
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会プログラム
• [Presentation] ヒトES細胞におけるDNA損傷応答シグナルとlncRNA~p53誘導型lncRNA群の同定とその機能~ (2021)
  • Author(s): 山形 一行, 田村 愛, 長濱 博章, 藤本 真徳, 中山 哲俊, 横山 真隆, 橋本 直子, 村田 和貴, 西村 基, 田中 知明
  • Organizer: 第４４回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 3次元培養における変異p53のSREBP依存的コレステロール合成経路を介した乳がん悪性化形質に対する作用機構 (2021)
  • Author(s): 中山哲俊, 横山真隆, 永野秀和, 橋本直子, 山形一行, 村田和貴, 田中知明
  • Organizer: 第80回日本癌学会総会
• [Presentation] SREBP依存的コレステロール合成経路を介した変異p53の乳がん悪性化形質に対する作用機構 (2021)
  • Author(s): 中山哲俊, 横山真隆, 宮 英博, 赤嶺博行, 高 躍, 永野秀和, 山形一行, 橋本直子, 村田和貴, 田中知明
  • Organizer: 第３９回内分泌代謝学サマーセミナー
• [Presentation] miR-874によるメバロン酸経路の抑制を介したがん抑制機構の解明 (2021)
  • Author(s): 橋本直子, アルマス・アレスラン, 山形一行, 横山真隆, 石 曉彦, 田中知明
  • Organizer: 第３９回内分泌代謝学サマーセミナー
• [Presentation] ヒトES細胞におけるp53誘導型長鎖非コードRNA(lncRNA)群の同定及び機能解析 (2021)
  • Author(s): 山形一行, 田村 愛, 長濱博章, 藤本真徳, 中山哲俊, 横山真隆, 橋本直子, 村田和貴, 西村 基, 田中知明
  • Organizer: 第３９回内分泌代謝学サマーセミナー
• [Presentation] Singlce Cell RNA-seq(scRNA-seq)・Omics解析を用いた肝臓ILC2による糖新生抑制作用の検討 (2021)
  • Author(s): 藤本真徳, 山形一行, 村田和貴, 横山真隆, 横手幸太郎, 田中知明
  • Organizer: 第３９回内分泌代謝学サマーセミナー
• [Presentation] 転写因子から制御する心臓血管内皮細胞の特異性と生理的機能の解析 (2021)
  • Author(s): 横山真隆, 中山哲俊, 赤嶺博行, 古木直人, 石 暁彦, Siti Zhahara, 村田和貴, 山形一行, 西村 基, 田中知明
  • Organizer: 第３９回内分泌代謝学サマーセミナー
• [Presentation] 免疫染色scoring、遺伝子解析を用いた膵神経内分泌腫瘍の特性の検討 (2021)
  • Author(s): 河野聡美, 永野秀和, 村田和貴, 山形一行, 橋本直子, 横山 隆, 井下尚子, 大塚将之, 横手幸太郎, 田中 知明
  • Organizer: 第３０回臨床内分泌代謝Uodate
• [Presentation] genetic subtypingに基づくコルチゾール産生腺腫の遺伝子発現・病理所見の包括的解析 (2021)
  • Author(s): 樋口誠一郎, 吉井聡美, 高躍, 姚躍, 永 秀和, 橋本直子, 中山哲俊, 西村 基, 山形一行, 横山真隆, 柴田 貴久, 伴 俊明, 藤井陽一, 小川誠司, 田中知明
  • Organizer: 第94回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] 3次元培養を用いた変異p53のSREBP依存的コレステロール合成経路を介した乳がん悪性化形質に対する作用機構 (2021)
  • Author(s): 中山哲俊, 横山真隆, 永野秀和, 樋口誠一郎, 橋本直子, 山形一行, 村田和貴, 清野透, 田中知明
  • Organizer: 第94回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] Multi-Omicsから視た機能性下垂体腺腫の転写ネットワークの役割 (2021)
  • Author(s): 高 躍, 村田和貴, 堀口健太郎, 永野秀和, 橋本直子, 中山哲俊, 樋口誠一郎, 山形一行, 横山真隆, 岩立康男, 田中知明
  • Organizer: 第94回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] 免疫染色スコアリング、遺伝子解析を用いた膵神経内分泌腫瘍特性の検討 (2021)
  • Author(s): 河野聡美, 橋本直子, 村田和貴, 山形一行, 横山真隆, 井下尚子, 大塚将之, 横手幸太郎, 田中知明
  • Organizer: 第94回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] Mechanism of Mutant p53 Using Three-dimensional Culture on Breast Cancer Malignant Phenotype via SREBP-dependent Cholesterol Synthesis Pathway (2021)
  • Author(s): Akitoshi Nakayama, Masataka Yokoyama, Hidekazu Nagano, Naoko Hashimoto, Kazuyuki Yamagata, Kazutaka Murata, Tomoaki Tanaka
  • Organizer: Endocrine Society’s Annual Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 3次元培養を用いた乳がん悪性化形質に対する変異p53・SREBP依存的コレステロール合成経路の協調的作用機構 (2020)
  • Author(s): 中山 哲俊, 横山 真隆, 永野 秀和, 山形 一行, 橋本 直子, 村田 和貴, 田中 知明
  • Organizer: 第79回日本癌学会総会
• [Presentation] GH産生下垂体腫瘍におけるSDHxの体細胞copy数減少症例は治療抵抗性を示す (2020)
  • Author(s): 大和 梓, 永野 秀和, 山形 一行, 橋本 直子, 高 躍, 岩立 康男, 福世 真樹, 金田 篤志, 井下 尚子, 福原 紀章, 西岡 宏, 山田 正三, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] マルチオミクス解析から捉える下垂体腺腫の特徴 (2020)
  • Author(s): 高 躍, 永野 秀和, 堀口 健太郎, 橋本 直子, 中山 哲俊, 樋口 誠一郎, 山形 一行, 横山 真隆, 岩立 康男, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] コルチゾール産生腺腫における新規PRKACA変異同定と機能解析 (2020)
  • Author(s): 樋口 誠一郎, 高 躍, 姚 躍, 大和 梓, 橋本 直子, 永野 秀和, 中山 哲俊, 西村 基, 山形 一行, 横山 真隆, 藤井 陽一, 小川 誠司, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] 癌抑制遺伝子p53シグナル伝達におけるmiR-874の役割(Role of miR-874 on tumor suppressor gene p53 signaling) (2020)
  • Author(s): Alimasi Aersilan, 橋本 直子, 山形 一行, 姚 躍, 高 躍, 中山 哲俊, 関 直彦, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] APA74例の臨床解析/ゲノムワイド解析による病態解析と病理学的解析 (2020)
  • Author(s): 宮林 佑衣, 横山 真隆, 山形 一行, 橋本 直子, 中山 哲俊, 姚 躍, 永野 秀和, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] 3次元培養を用いた乳がんにおける変異p53とSREBP依存的コレステロール合成経路の悪性化形質に対する協調的作用機構 (2020)
  • Author(s): 中山 哲俊, 横山 真隆, 永野 秀和, 樋口 誠一郎, 橋本 直子, 山形 一行, 佐久間 一基, 清野 透, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会