異なる経路での腸腫瘍発生におけるクロマチンリモデリング因子の機能的役割の解明

• Project/Area Number: 21K15948
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 53010:Gastroenterology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 林 由紀子 (平松由紀子) 京都大学, 医学研究科, 医員 (60876184)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 大腸癌 / エピジェネティクス / Arid1a

Outline of Research at the Start

本研究では、マウス腸腫瘍モデルを用いてArid1aを腸特異的、もしくは腫瘍幹細胞特異的にノックアウトし、腸腫瘍形成・維持におけるArid1aの機能的役割をin vivoで明らかにする。さらに、ヒト大腸腫瘍でARID1Aの発現解析を行うと共に、ヒト大腸腫瘍細胞からオルガノイドを樹立し、マウスモデルで得られた知見と比較することにより腸腫瘍におけるArid1aの機能的役割を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

①　Conventional & Alternative 経路のマウス腸腫瘍におけるArid1aの機能解析・ マウス腸腫瘍発生におけるArid1aの分子制御機構の解明：それぞれの経路での腸腫瘍におけるArid1aの機能解析を行うために、Arid1aを腸特異的、または腫瘍幹細胞特異的にノックアウトした腫瘍モデルマウスを作成し、腸腫瘍形成・維持におけるArid1aの機能解析を行った結果、それぞれの経路においてArid1aが異なる役割を果たしていることを示唆する実験結果を得た。これをもとに、マウス腫瘍細胞を用いて腫瘍オルガノイドを樹立し、網羅的遺伝子発現比較解析を行った結果、それぞれの経路におけるArid1aの分子制御機構の中心的な役割を果たす下流候補因子を同定した。この候補因子をターゲットとし、in vitroにおいて過剰発現、または抑制実験において、発現系のレスキュー実験を行なっている。
② Dysplasia-carcinoma sequenceにおけるArid1aの機能解析：①で作成したノックアウトマウスにDSS（デキストラン硫酸ナトリウム）を投与し、炎症性発癌モデルマウスでのArid1aの役割を検討した結果をもとに、抗生剤投与による炎症抑制実験を行い、腸炎症がArid1a変異下でどのような役割を果たしているかについて解析を行なっている。
③ マウス腸腫瘍オルガノイドを用いた薬剤感受性試験：①で得られたマウス腸腫瘍オルガノイドを用いて、卵巣がんなどでArid1aとの合成致死性が報告されているEZH1/2阻害剤、ATR阻害剤、PI3K/AKT阻害剤を候補とした薬剤感受性試験を評価中である。
④ ヒト腸腫瘍におけるARID1Aの発現解析：ヒト大腸腫瘍におけるARID1Aの発現解析中である。さらに、ヒト大腸腫瘍細胞からオルガノイドを現在３０例以上樹立し、それぞれのオルガイノイドにおけるARID1A発現有無を評価した。加えて、①で得られた機能解析結果をもとに、候補分子の発現解析を行なっている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

①　Conventional & Alternative 経路のマウス腸腫瘍におけるArid1aの機能解析
②マウス腸腫瘍発生におけるArid1aの分子制御機構の解明
1年目に作成したそれぞれの経路における腫瘍モデルマウスを用いて腫瘍形成におけるArid1aの分子制御機構の解明を行なった。加えて、上記腫瘍モデルマウスから得られた腫瘍細胞を用いてオルガノイドを樹立し、遺伝子発現解析を行なった。これらの実験結果から、それぞれの腸腫瘍経路におけるArid1aのエピジェネティックな分子制御機構の中心となる下流候補因子を同定した。in vitroにおいて候補因子をターゲットとした過剰発現、または抑制実験において、発現系のレスキュー実験を行なっている。
③　マウス腸腫瘍オルガノイドを用いた薬剤感受性試験 ：マウス腸腫瘍オルガノイドを用いて、卵巣がんなどでArid1aとの合成致死性が報告されている薬剤感受性試験を行った結果、特定の薬剤を使用した場合にマウス腸腫瘍オルガノイドの増殖能の低下を示す結果を得ている。
④　ヒト腸腫瘍におけるARID1Aの発現解析 ：1年目にヒト腸腫瘍由来オルガノイドを30例以上樹立し、これらのオルガノイドを用いて、それぞれにおけるARID１Aの発現有無を解析した。加えて、加えて、①で得られた機能解析結果をもとに、候補分子の発現解析を行なっている。
上記①－④は２－３年目の研究計画内容に該当することから、研究課題の進捗状況としては概ね順調と考える。

Strategy for Future Research Activity

①　Conventional & Alternative 経路のマウス腸腫瘍におけるArid1aの機能解析
②　マウス腸腫瘍発生におけるArid1aの分子制御機構の解明
それぞれの経路におけるArid1aを腸特異的、または腫瘍幹細胞特異的にノックアウトした腫瘍モデルマウスの機能解析、網羅的遺伝子発現解析・ChIP解析の結果から得られたエピジェネティックな分子制御機構の中心となる候補遺伝子をターゲットとしたレスキュー実験を継続し、これらの結果をもとに論文作成を行う。
③　マウス腸腫瘍オルガノイドを用いた薬剤感受性試験 ：マウス腸腫瘍オルガノイドを用いて、Arid1aとの合成致死性が報告されている他の薬剤の感受性試験を継続する。
④　ヒト腸腫瘍におけるARID1Aの発現解析 ：樹立したヒト腸腫瘍由来オルガノイドを用いて、①マウスモデルで得られた候補遺伝子に関する機能解析を継続し、これらの結果をもとに論文作成を行う。

Research Products

• [Journal Article] Loss of Arid1a and Pten in Pancreatic Ductal Cells Induces Intraductal Tubulopapillary Neoplasm via the YAP/TAZ Pathway. (2022)
  • Author(s): Fukunaga Y, Fukuda A, Omatsu M, Namikawa M, Sono M, Masuda T, Araki O, Nagao M, Yoshikawa T, Ogawa S, Hiramatsu Y, Muta Y, Tsuda M, Maruno T, Nakanishi Y, Ferrer J, Tsuruyama T, Masui T, Hatano E, Seno H.
  • Journal Title: Gastroenterology. Volume: 163 Issue: 2 Pages: 466-480
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2022.04.020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] <scp>JNK</scp> pathway plays a critical role for expansion of human colorectal cancer in the context of <scp>BRG1</scp> suppression (2022)
  • Author(s): Yoshikawa Takaaki、Fukuda Akihisa、Omatsu Mayuki、Namikawa Mio、Sono Makoto、Fukunaga Yuichi、Masuda Tomonori、Araki Osamu、Nagao Munemasa、Ogawa Satoshi、Masuo Kenji、Goto Norihiro、Hiramatsu Yukiko、Muta Yu、Tsuda Motoyuki、Maruno Takahisa、Nakanishi Yuki、Kawada Kenji、Takaishi Shigeo、Seno Hiroshi
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 113 Issue: 10 Pages: 3417-3427
  • DOI: 10.1111/cas.15520
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thermal tissue damage caused by new endoscope model due to light absorption (2022)
  • Author(s): Hiramatsu Yukiko、Utsumi Takahiro、Higuchi Hirokazu、Hayashi Jun、Horimatsu Takahiro、Nikaido Mitsuhiro、Nakanishi Yuki、Shimizu Takahiro、Muto Manabu、Seno Hiroshi
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology and Hepatology Volume: 37 Issue: 9 Pages: 1801-1805
  • DOI: 10.1111/jgh.15963
• [Journal Article] Concurrent activation of Kras and canonical Wnt signaling induces premalignant lesions that progress to extrahepatic biliary cancer in mice. (2022)
  • Author(s): Nagao M, Fukuda A, Omatsu M, Namikawa M, Sono M, Fukunaga Y, Masuda T, Araki O, Yoshikawa T, Ogawa S, Masuo K, Goto N, Hiramatsu Y, Muta Y, Tsuda M, Maruno T, Nakanishi Y, Taketo MM, Ferrer J, Tsuruyama T, Nakanuma Y, Taura K, Uemoto S, Seno H.
  • Journal Title: Cancer Res. Volume: -
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Brg1 is required to maintain colorectal cancer stem cells (2021)
  • Author(s): Yoshikawa Takaaki、Fukuda Akihisa、Omatsu Mayuki、Namikawa Mio、Sono Makoto、Fukunaga Yuichi、Masuda Tomonori、Araki Osamu、Nagao Munemasa、Ogawa Satoshi、Masuo Kenji、Goto Norihiro、Hiramatsu Yukiko、Muta Yu、Tsuda Motoyuki、Maruno Takahisa、Nakanishi Yuki、Kawada Kenji、Takaishi Shigeo、Seno Hiroshi
  • Journal Title: The Journal of Pathology Volume: 255 Issue: 3 Pages: 257-269
  • DOI: 10.1002/path.5759
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research