Development of biomarker for the efficacy and safety of immunotherapy using PD1/PDL1 glycosylation

• Project/Area Number: 21K16749
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56030:Urology-related
• Research Institution: Hirosaki University
• Principal Investigator: 堀口 裕貴 弘前大学, 医学研究科, 客員研究員 (90897951)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
• Keywords: PDL1 / 糖鎖解析 / 免疫療法 / バイオマーカー / 糖鎖変化

Outline of Research at the Start

固形腫瘍に対する癌免疫療法は実臨床でも多くの患者に使用されているが、過半数以上には奏功せず、重篤な免疫関連有害事象も大きな問題である。分子マーカーを用いて有効な患者に有効な薬剤を投与されるべきであるが、分子マーカーとされるPDL1も有効性が低く、現状では免疫療法の効果を予測することは困難である。PDL1やPD1は糖タンパク質であり、これら分子の糖鎖修飾が機能に重要な役割を果たしていることから、PDL1やPD1の糖鎖修飾に着目した研究は新たな知見をもたらす可能性がある。本研究では、PDL1/PD1の糖鎖修飾とその変異検出系を確立し、これら分子を用いた治療効果予測バイオマーカーの開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

固形腫瘍に対する癌免疫療法はPD1やPDL1を中心にメカニズムが提唱されてきたが、その後の研究により癌が免疫システムから逃避する機序である癌免疫サイクルの重要性が注目されている。しかし、癌局所にリンパ球の浸潤があっても癌を攻撃できない癌があるなど（immune-cold）、局所微小環境における免疫療法のメカニズムは思ったほど簡単ではないこともわかってきた。T細胞が浸潤しても攻撃できない理由にはHLA抗原の喪失などのメカニズムが言われているが、それだけでは説明できない現象も見受けられる。そこで我々はPD1やPDL1の糖鎖修飾が重要な役割を果たしているのではないかと考えた。PDL1やPD1は糖タンパク質であり、これら分子の糖鎖修飾が機能に重要な役割を果たしている。実際に予備実験として市販のニボルマブ、ペンブロリズマブ、アベルマブの糖鎖修飾を比較すると、異なる糖鎖構造が同定され、同じような抗体薬品であっても違う薬効がある可能性が示唆される。これらの知見より、PDL1やPD1の糖鎖修飾に着目した研究は新たな知見をもたらす可能性がある。本研究では、PDL1/PD1の糖鎖修飾とその変異検出系を確立し、癌免疫サイクルにおけるPD1/PDL1の糖鎖分子の役割を検討し、これら分子を用いた治療効果予測バイオマーカーの開発を目指す。 ①培養細胞系によるPDL1修飾糖鎖の解析：PDL1陽性膀胱癌細胞株（T24と5637細胞等）を用いて、培養液中の可溶性PDL1抽出を試みたが、キャピラリー電気泳動型糖鎖解析装置（GlyQ）の機器トラブルが発生し継続的な測定が困難となってしまった。現在、質量分析装置での解析が可能かを検討中である。PDL1の免疫染色は約100例の染色が終わりPDL1腫瘍から糖鎖染色が可能か検討を開始している。また可溶性PD-L1測定系を立ち上げ、検討を行っている。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

キャピラリー電気泳動型糖鎖解析装置（GlyQ）の機器トラブルが発生し継続的な測定が困難となってしまったため、培養細胞系の実験は停止中である。現在、質量分析装置での解析が可能かを検討中である。臨床検体による免疫染色、可溶性PD-L1測定は順調である。

Strategy for Future Research Activity

キャピラリー電気泳動型糖鎖解析装置（GlyQ）の機器トラブルは改善の見込みが厳しく、質量分析装置での解析が可能かを検討中である。PDL1の免疫染色は約100例の染色が終わりPDL1腫瘍から糖鎖染色が可能か検討を開始している。また可溶性PD-L1測定系を立ち上げ、検討を行っており、結果が集積次第、解析を開始する。

Research Products

• [Journal Article] Trends in the age of hospitalized patients with urological cancers: A 17‐year experience (2023)
  • Author(s): Ishii Noritaka、Hatakeyama Shingo、Miura Hikari、Tanaka Ryuma、Oishi Takuya、Horiguchi Hirotaka、Hosogoe Shogo、Fujita Naoki、Iwamura Hiromichi、Okamoto Teppei、Yamamoto Hayato、Yoneyama Takahiro、Hashimoto Yasuhiro、Ohyama Chikara
  • Journal Title: International Journal of Urology Volume: 00 Issue: 7 Pages: 00-000
  • DOI: 10.1111/iju.15180
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Combination of Muscle Quantity and Quality Is Useful to Assess the Necessity of Surveillance after a 5-Year Cancer-Free Period in Patients Who Undergo Radical Cystectomy: A Multi-Institutional Retrospective Study (2023)
  • Author(s): Fujita Naoki、Momota Masaki、Horiguchi Hirotaka、Hamano Itsuto、Mikami Jotaro、Hatakeyama Shingo、Ito Hiroyuki、Yoneyama Takahiro、Hashimoto Yasuhiro、Nishimura Shoji、Yoshikawa Kazuaki、Ohyama Chikara
  • Journal Title: Cancers Volume: 15 Issue: 5 Pages: 1489-1489
  • DOI: 10.3390/cancers15051489
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Utility of the Age Discrepancy between Frailty-Based Biological Age and Expected Life Age in Patients with Urological Cancers (2022)
  • Author(s): Kyo Togashi, Shingo Hatakeyama, Osamu Soma, Kazutaka Okita, Naoki Fujita, Toshikazu Tanaka, Daisuke Noro, Hirotaka Horiguchi, Nozomi Uemura, Takuro Iwane, Teppei Okamoto, Hayato Yamamoto, Takahiro Yoneyama, Yasuhiro Hashimoto, Chikara Ohyama
  • Journal Title: Cancers (Basel) Volume: 14 Issue: 24 Pages: 6229-6229
  • DOI: 10.3390/cancers14246229
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Oncological and functional outcomes of female reproductive organ-sparing radical cystectomy and ileal neobladder construction (2022)
  • Author(s): Miura Hikari、Hatakeyama Shingo、Tanaka Toshikazu、Fujita Naoki、Horiguchi Hirotaka、Tanaka Ryuma、Noro Daisuke、Tokui Noriko、Okamoto Teppei、Yamamoto Hayato、Yoneyama Takahiro、Hashimoto Yasuhiro、Ohyama Chikara
  • Journal Title: Urologic Oncology: Seminars and Original Investigations Volume: - Issue: 5 Pages: 254.e17-254.e24
  • DOI: 10.1016/j.urolonc.2022.11.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Significance of pelvic lymph node dissection during radical prostatectomy in high-risk prostate cancer patients receiving neoadjuvant chemohormonal therapy (2022)
  • Author(s): Hiromichi Iwamura, Shingo Hatakeyama, Takuma Narita, Yusuke Ozaki, Sakae Konishi, Hirotaka Horiguchi, Hirotake Kodama, Yuta Kojima, Naoki Fujita, Teppei Okamoto, Yuki Tobisawa, Tohru Yoneyama, Hayato Yamamoto, Takahiro Yoneyama, Yasuhiro Hashimoto, Chikara Ohyama
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 9675-9675
  • DOI: 10.1038/s41598-022-13651-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Prognostic significance of the Ki67 index and programmed death-ligand 1 expression after radical cystectomy in patients with muscle-invasive bladder cancer (2021)
  • Author(s): Horiguchi Hirotaka、Hatakeyama Shingo、Yoneyama Tohru、Yoneyama Mihoko Sutoh、Tanaka Toshikazu、Fujita Naoki、Okamoto Teppei、Yamamoto Hayato、Yoneyama Takahiro、Yoshizawa Tadashi、Hashimoto Yasuhiro、Kawaguchi Toshiaki、Ohyama Chikara
  • Journal Title: Urologic Oncology: Seminars and Original Investigations Volume: 39 Issue: 4 Pages: 238.e9-238.e17
  • DOI: 10.1016/j.urolonc.2020.11.029
  • Peer Reviewed / Open Access