Elucidation of skin carcinogenesis mechanisms by focusing on stem cell competitive dynamics.

Research Project

Project/Area Number	21H02760
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 50010:Tumor biology-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	松村寛行東京大学, 医科学研究所, 特任講師 (70581700)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000) Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000) Fiscal Year 2022: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000) Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Keywords	幹細胞競合 / 17型コラーゲン / 扁平上皮癌 / 皮膚癌 / １７型コラーゲン
Outline of Research at the Start	細胞競合は、適応度の異なる同種細胞が近接した際に適応度の高い細胞が低い細胞を排除する現象である。我々は、ヘミデスモソーム構成因子であるCOL17A1を介した幹細胞競合が皮膚の恒常性維持と老化を司ることを世界に先駆けて明らかにした。しかしながら、皮膚癌の初期段階において、細胞競合の破綻が皮膚癌の惹起に関与するのか否かという最も重要な課題については、全く明らかにできていない。そこで、本研究では、表皮基底細胞がどのようにして細胞競合を引き起こしながら、最終的に排除されずに癌発生に至るのか、癌化における幹細胞競合の役割を解明し、細胞競合を軸とした癌抑制の新規治療法開発に繋げることを目的とする。
Outline of Annual Research Achievements	細胞競合は、適応度の高い細胞と低い細胞が共存した際に、異なる細胞の境界で生じる作用によって、適応度の高い細胞が勝者として生き残り、適応度の低い細胞が敗者として組織から排除されるという機構のことである。最近では、哺乳類の胸腺や腸管などの上皮組織においても、細胞競合による組織恒常性維持機構に抗腫瘍作用があることが明らかにされつつある。そのため、細胞競合には、『免疫細胞を介さない抗腫瘍効果を持つ組織恒常性維持機構』としての役割があり、新たな癌根治療法開発への期待から、世界中から注目を集めており、その機構解明が求められつつある。我々は、ヘミデスモソーム構成因子であるCOL17A1を介した幹細胞競合が皮膚の恒常性維持と老化を司ることを世界に先駆けて明らかにした(Liu#, Matsumura#* et al., Nature 2019, #equally contribution, *corresponding author)。しかしながら、皮膚癌の初期段階において、細胞競合の破綻が皮膚癌の惹起に関与するのか否かという最も重要な課題については、全く明らかにできていない。そこで、本研究では、表皮基底細胞がどのようにして細胞競合を引き起こしながら、最終的に排除されずに癌発生に至るのか、癌化における幹細胞競合の役割を解明し、細胞競合を軸とした癌抑制の新規治療法開発に繋げることを目的とした。本年度では、ヒト角化細胞の3D培養モデルを用いて、細胞競合が起こるか否か実験系の構築を行い、様々な遺伝子改変細胞株を用いて細胞競合の検証を行ってきた。その結果、細胞競合の実験系の構築に成功してきている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度は，3次元培養実験系の構築を行った．まず，ヒト角化細胞にテトラサイクリン依存性にGFPを発現し，shRNAによりCOL17A1をノックダウンできるレンチウィルスベクターの構築を行い，細胞に一過的にトランスフェクションさせると免疫染色によりGFPが導入された細胞のみ，COL17A1発現の減少が確認された．レンチウィルスを作製後，ケラチノサイト細胞に感染後，薬剤選択により目的のテトラサイクリン(Dox)依存性にGFPを発現し，shRNAによりCOL17A1をノックダウンできる細胞株を樹立し，テトラサイクリン依存性にGFP発現誘導とCOL17A1の発現低下が観察された．さらに，この細胞株と野生型ケラチノサイト細胞を混合したのち，薬剤誘導後，培養カップ上で，高密度で表面を空気にさらしながら3D共培養させることにより，角層へ分化誘導し，重層化させたところ，COL17A1の発現が低下した細胞のみが，細胞競合により基底層から特異的に排除されることが分かった．これらのことから3次元培養実験系による細胞競合実験系の構築に成功していることから概ね順調である。
Strategy for Future Research Activity	これまで，3D培養細胞競合実験系を構築し，ラベル細胞の挙動をトレースした結果，COL17A1の発現低下が起こると，野生型細胞により排除されることが明らかになった．これらのことから，COL17A1が癌変異導入細胞などの癌の起始細胞の基底層への維持にも何らかの役割を果たす可能性も示唆される．今後は，3D培養細胞競合実験系を用いて、癌ドライバー変異HRAS G12V変異などとCOL17A1発現変化との関係性を探っていきたいと考えている．