Elucidation of the role of the increase of interstitial pressure on the pathophysiology of lung cancer and the development of novel treatment

• Project/Area Number: 21K15513
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 50010:Tumor biology-related
• Research Institution: Kyoto Prefectural University of Medicine
• Principal Investigator: 徳田 深作 京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (00433277)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2021: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 肺癌 / 間質圧 / 細胞極性 / 腫瘍微小環境 / 細胞運動 / EGFR / PKA / タイトジャンクション / クローディン

Outline of Research at the Start

癌の誘因となる慢性炎症や癌組織では間質圧が上昇しているが、間質からの物理的な圧力が癌の病態に果たす役割は未だによく分かっていない。
培養上皮細胞に基底側から静水圧を加えると上皮の重層化など癌と共通の形質が引き起こされ、タイトジャンクションが静水圧のセンサーとして機能する可能性が示唆されているが、その詳細なメカニズムはよく分かっていない。
本研究では肺癌細胞を用いて静水圧が癌細胞に及ぼす影響を解析し、間質圧の上昇が肺癌の病態に果たす役割を明らかにする。腫瘍の微小環境でこれまで注目されてこなかった「間質圧」の役割を詳細に調べることによって、新たな方向からアプローチする癌の治療方法を開拓する予定である。

Outline of Annual Research Achievements

ほとんどの癌組織において間質圧の上昇が認められる。しかし、間質側からの圧力が癌の病態に果たす役割については未だによく分かっていない。本研究では肺癌細胞を用いて間質側から加わる圧力が及ぼす影響を明らかにし、新たな治療法を開拓することを目的としている。
EGFR変異肺癌細胞をフィルター膜に培養して管腔側と基底側の培地の量を変えることによって圧を加えてその影響を検討したところ、基底側からの圧によって上皮の重層化が引き起こされた。上皮の重層化は経時的に進行し、基底側からの圧をなくすと上皮は単層に戻ることが確認された。
重層化した上皮を透過型電子顕微鏡で観察したところ、重層化内部に腔を認め、腔の表面に微絨毛やタイトジャンクションが観察された。また肺癌の手術検体においても同様の極性異常が認められた。また基底側からの圧によって細胞増殖の亢進やアポトーシスの抑制が引き起こされた。
次に細胞内シグナルへの影響を検討したところ、EGFRの下流のRas/Raf/MEK経路やPI3K/Akt/mTOR経路の活性に変化は認められず、phospho-kinase arrayを用いた網羅的な解析でもリン酸化タンパク質の変化は認められなかった。
一方、time-lapse imagingで圧を加えた時の細胞運動を観察したところ、圧を加えた数分後には細胞間隙が広くなり、2時間後ごろには細胞運動の亢進が確認された。
これらの結果から、間質圧の上昇はがん細胞に物理的な力を及ぼすことによって形態変化をもたらし、細胞増殖の亢進、極性異常、細胞運動の亢進、上皮の重層化など、がんの促進に働く様々な細胞機能の変化を引き起こすことが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] AXL signal mediates adaptive resistance to KRAS G12C inhibitors in KRAS G12C-mutant tumor cells. (2024)
  • Author(s): Morimoto K, Yamada T, Hirai S, Katayama Y, Fukui S, Sawada R, Tachibana Y, Matsui Y, Nakamura R, Ishida M, Kawachi H, Kunimasa K, Sasaki T, Nishida M, Furuya N, Watanabe S, Shiotsu S, Nishioka N, Horinaka M, Sakai T, Uehara H, Yano S, Son BK, Tokuda S, Takayama K.
  • Journal Title: Cancer Lett Volume: 587 Pages: 216692-216692
  • DOI: 10.1016/j.canlet.2024.216692
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of combined therapeutic targeting of AXL and ATR on pleural mesothelioma cells (2024)
  • Author(s): Hirai S, Yamada T, Katayama Y, Ishida M, Kawachi H, Matsui Y, Nakamura R, Morimoto K, Horinaka M, Sakai T, Sekido Y, Tokuda S, Takayama K
  • Journal Title: Mol Cancer Ther Volume: 23 Issue: 2 Pages: 212-222
  • DOI: 10.1158/1535-7163.mct-23-0138
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heterogeneity among tumors with acquired resistance to EGFR tyrosine kinase inhibitors harboring EGFR-T790M mutation in non-small cell lung cancer cells (2022)
  • Author(s): Katayama Y, Yamada T, Tokuda S, Okura N, Nishioka N, Morimoto K, Tanimura K, Morimoto Y, Iwasaku M, Horinaka M, Sakai T, Kita K, Yano S, Takayama K
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: 11 Issue: 4 Pages: 944-955
  • DOI: 10.1002/cam4.4504
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Effects of interstitial pressure on lung cancer cells (2023)
  • Author(s): Tokuda Shinsaku, Onoi Keisuke, Yamada Tadaaki, Takayama Koichi
  • Organizer: AACR Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of interstitial pressure on lung cancer cells (2023)
  • Author(s): Shinsaku Tokuda, Keisuke Onoi, Tadaaki Yamada, Koichi Takayama
  • Organizer: AACR Annual Meeting 2023
  • Int'l Joint Research