時・空間的シングルセル解析による膵がん細胞の悪性度獲得機構の解明と治療標的の同定

• Project/Area Number: 22K08894
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 55020:Digestive surgery-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 戸島 剛男 九州大学, 大学病院, 講師 (40608965)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 穣 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (40323646) ; 三森 功士 九州大学, 大学病院, 教授 (50322748) ; 吉住 朋晴 九州大学, 医学研究院, 教授 (80363373)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 膵癌 / 全ゲノムシークエンス / エンハンサー / シングルセル解析 NET-CAGE / GEX-ATAC / シングルセル解析 / NET-CAGE

Outline of Research at the Start

近年、消化器癌の生命予後は手術手技の改善や抗癌剤・新規分子標的薬の開発によって飛躍的に改善した。しかし、依然として膵癌は早期診断が困難な癌腫であり有効な分子標的薬もなく5年生存率が10%と著しく予後不良である。膵癌が高い悪性度を呈する理由に関していくつかの特徴がある。現時点では、切除以外の抜本的な治療法が少ない腫瘍であり、これま でのゲノム変異情報に基づいた分子標的薬の適応を凌駕する新たな視点でのアプローチが必須と考えられる。

Outline of Annual Research Achievements

エンハンサーに着目したシングルセル解析による膵癌細胞と間質細胞の共局在がもたらす悪性度獲得機構の解明と革新的治療標的の同定を行う研究計画である。 近年、消化器癌の生命予後は手術手技の改善や抗癌剤・新規分子標的薬の開発によって飛躍的に改善した。しかし、依然として膵癌は早期診断が困難な癌腫であ り有効な分子標的薬もなく5年生存率が10%と著しく予後不良である。膵癌が高い悪性度を呈する理由に関していくつかの特徴がある。1) 治療に資する有効なゲ ノム標的がない点:P53, KRAS, CDKN2A, SMAD4 が代表的なドライバーであるがこれまで有効な治療標的とはなり得ていない。2) 非炎症性腫瘍(cold tumor):癌 微小環境においてコピー数変異などが原因で腫瘍免疫応答をeditingして免疫寛容が誘導されている。3) EMT様組織:癌細胞が間葉系の性質を呈して浸潤傾向を 示すなど悪性度を高めている。現時点では、切除以外の抜本的な治療法が少ない腫瘍であり、これまでのゲノム変異情報に基づいた分子標的薬の適応を凌駕する 新たな視点でのアプローチが必須と考えられる。 本研究では、エンハンサーに着目しシングルセル解析を含めた新規技術を用いて膵癌における活性化エンハンサー及びその支配遺伝子の同定を目指す。エンハン サーの働きが膵癌の悪性度獲得の根幹である可能性が非常に高く、支配遺伝子をターゲットとした分子標的治療や転写機構を制御する創薬など、膵癌治療の新た な可能性を示すことができる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究の主な目標は、膵癌における遺伝子発現プロファイルの評価とその活性化エンハンサーの全ゲノムシークエンス上でのマッピングを通じて、全体像を明らかにすることです。膵癌組織における特異的なエンハンサーの同定は、これまでの研究とは異なる新しいアプローチから、膵癌形成における重要な遺伝子の選択を可能にします。
現在、25例の全エクソームシークエンス(WES)と605例のRNAシークエンスを実施し、コード領域のゲノム変異プロファイルを取得しています。また、AMEDの「革新的がん医療実用化研究事業」の一環として、膵癌分野における全ゲノム解析研究に取り組み、300症例の癌部/非癌部ペアの全ゲノムシークエンスとRNAシークエンスを完了し、邦人の膵癌データベースの構築を進めています。
さらに、最近開発されたNET-CAGE法とSingle cell GEX-ATAC seqを活用します。NET-CAGE法は、エンハンサーの活性化している領域の同定に役立ち、Single cell GEX-ATAC seqは、組織中の一細胞ごとの遺伝子発現とオープンクロマチン領域を同時に測定する画期的な方法です。現在、300例の膵癌症例の全ゲノムシーケンスの他に、膵癌細胞株8株と正常膵細胞株2例のNET-CAGE法の結果を所有しており、膵癌細胞と正常膵管細胞における活性化エンハンサー領域のデータを解析しています。

Strategy for Future Research Activity

近年、エンハンサー制御機構は分子生物学分野の注目を集めています。しかし、公開されているATAC seqデータには膵癌データが含まれていないため、本研究では膵癌におけるエンハンサー制御機構の解明に新たな可能性があります。エンハンサーは、がんを含む様々な疾患に影響を与えることが報告されていますが、その機構の解明には最近ブレイクスルーがありました。特に、京都大学高等研究院ヒト生物学高等研究拠点(ASHBi)の村川泰裕教授らが発表したNET-CAGE法や、シングルセルRNA seqの応用であるscGEX-ATAC seqは、注目されています。これらの技術を駆使することで、膵癌細胞における真に活性化しているエンハンサーを特定し、エンハンサーとそれを制御する遺伝子を同定することが可能です。分担研究者である東京大学大学院新領域創成科学研究科の鈴木穣教授との共同研究により、膵癌における重要な細胞と悪性度獲得へのクロストーク遺伝子を同定する方法を探求します。これにより、膵癌における遺伝子制御機構を明らかにし、新たな治療標的の発見につなげることが期待されます。

Research Products

• [Journal Article] Spatial and single-cell colocalisation analysis reveals MDK-mediated immunosuppressive environment with regulatory T cells in colorectal carcinogenesis (2024)
  • Author(s): Hashimoto Masahiro、Kojima Yasuhiro et. al.
  • Journal Title: eBioMedicine Volume: 103 Pages: 105102-105102
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2024.105102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Implementable assay for monitoring minimum residual disease after radical treatment for colorectal cancer. (2024)
  • Author(s): Nakano T, Takao S, Dairaku K, Uno N, Low SA, Hashimoto M, Tsuda Y, Hisamatsu Y, Toshima T, Yonemura Y, Masuda T, Eto K, Ikegami T, Fukunaga Y, Niida A, Nagayama S, Mimori K.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: - Issue: 6 Pages: 1989-2001
  • DOI: 10.1111/cas.16149
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Tumor suppressive role of the epigenetic master regulator BRD3 in colorectal cancer. (2024)
  • Author(s): Hashimoto M, Masuda T, Nakano Y, Tobo T, Saito H, Koike K, Takahashi J, Abe T, Ando Y, Ozato Y, Hosoda K, Higuchi S, Hisamatsu Y, Toshima T, Yonemura Y, Hata T, Uemura M, Eguchi H, Doki Y, Mori M, Mimori K.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: - Issue: 6 Pages: 7538-7548
  • DOI: 10.1111/cas.16129
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] What Are Risk Factors for Graft Loss in Patients Who Underwent Simultaneous Splenectomy During Living-donor Liver Transplantation? (2024)
  • Author(s): Toshima T, Harada N, Itoh S, Tomiyama T, Toshida K, Morita K, Nagao Y, Kurihara T, Tomino T, Kosai-Fujimoto Y, Mimori K, Yoshizumi T.
  • Journal Title: Transplantation. Volume: -
  • DOI: 10.1097/tp.0000000000004952
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A rare case of liver regenerative and non-neoplastic lesion resembling a well-differentiated hepatocellular carcinoma. (2024)
  • Author(s): Hirose K, Toshima T, Tobo T, Kai S, Hirakawa M, Higuchi S, Ofuchi T, Hosoda K, Yonemura Y, Hisamatsu Y, Masuda T, Aishima S, Mimori K.
  • Journal Title: Surg Case Rep. Volume: 10(1) Issue: 1 Pages: 30-30
  • DOI: 10.1186/s40792-024-01820-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subclonal accumulation of immune escape mechanisms in microsatellite instability-high colorectal cancers (2023)
  • Author(s): Kobayashi Y, Niida A, Nagayama S, Saeki K, （中略）, Mizuno S, Kawazu M, Kohsaka S, Ueno T, Mano H, Ishihara S, Uemura M, Mori M, Doki Y, Eguchi H, Oshima M, Suzuki Y, Shibata T, Mimori K.
  • Journal Title: Br J Cancer Volume: 129 Issue: 7 Pages: 1105-1118
  • DOI: 10.1038/s41416-023-02395-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Successful multidisciplinary treatment with complete response to atezolizumab plus bevacizumab in a 90-year-old patient with hepatocellular carcinoma recurrence. (2023)
  • Author(s): Hosoda K, Toshima T, Takahashi J, Yonemura Y, Hisamatsu Y, Hirose K, Masuda T, Motomura Y, Abe T, Ando Y, Dairaku K, Nakano Y, Hashimoto M, Hiraki Y, Soejima Y, Yoshizumi T, Mimori K.
  • Journal Title: Int Cancer Conf J. Volume: 12(4) Issue: 4 Pages: 274-278
  • DOI: 10.1007/s13691-023-00618-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial and single-cell transcriptomics decipher the cellular environment containing HLA-G+ cancer cells and SPP1+ macrophages in colorectal cancer (2023)
  • Author(s): Ozato Y, Mimori K(28番目）,他26名
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 1 Pages: 111929-111929
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111929
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of serum microRNAs as potential diagnostic biomarkers for detecting precancerous lesions of gastric cancer. (2022)
  • Author(s): Otsu H, Nambara S, Hu Q, Hisamatsu Y, Toshima T, Takeishi K, Yonemura Y, Masuda T, Oki E, Mimori K.
  • Journal Title: Ann Gastroenterol Surg. Volume: 7(1) Issue: 1 Pages: 63-70
  • DOI: 10.1002/ags3.12610
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular and clinicopathological differences between depressed and protruded T2 colorectal cancer. (2022)
  • Author(s): Mochizuki K, Kudo SE, Kato K, Kudo K, Ogawa Y, Kouyama Y, Takashina Y, Ichimasa K, Tobo T, Toshima T, Hisamatsu Y, Yonemura Y, Masuda T, Miyachi H, Ishida F, Nemoto T, Mimori K.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 17(10) Issue: 10 Pages: 17-17
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0273566
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PRKRIP1, A Splicing Complex Factor, Is a Marker of Poor Prognosis in Colorectal Cancer. (2022)
  • Author(s): Ozato Y, Masuda T, Kobayashi Y, Takao S, Hisamatu Y, Toshima T, Yonemura Y, Uemura M, Eguchi H, Doki Y, Mori M, Mimori K.
  • Journal Title: Anticancer Res. Volume: 42(10) Issue: 10 Pages: 4701-4706
  • DOI: 10.21873/anticanres.15974
  • Peer Reviewed
• [Presentation] がんの進展・浸潤に関与する新たな分子生物学的マーカーの開発 エンハンサー活性とDNAコピー数増幅から探る癌進展の新規分子マーカー (2022)
  • Author(s): 斉藤 秀幸, 中野 祐輔, 阿部 正, 高橋 純一, 小池 健輔, 酒井 真, 小川 博臣, 宗田 真, 久松 雄一, 戸島 剛男, 米村 祐輔, 増田 隆明, 調 憲, 佐伯 浩司, 三森 功士
  • Organizer: 第60回日本癌治療学会学術集会
• [Presentation] バイオマーカーとなり得る解糖系関連遺伝子の探索 (2022)
  • Author(s): 斉藤 秀幸, 細田 清孝, 大楽 勝司, 中野 祐輔, 橋本 雅弘, 平木 嘉樹, 阿部 正, 安東 由貴, 本村 有史, 久松 雄一, 戸島 剛男, 米村 祐輔, 増田 隆明, 佐伯 浩司, 三森 功士
  • Organizer: 第42回日本分子腫瘍マーカー研究会
• [Presentation] 肝細胞癌新規ドライバー遺伝子Tumor Necrosis Factor Superfamily Member 4の同定と作用機序の解明 (2022)
  • Author(s): 細田 清孝, 増田 隆明, 斉藤 秀幸, 安東 由貴, 阿部 正, 大樂 勝司, 中野 祐輔, 橋本 雅弘, 平木 嘉樹, 米村 祐輔, 戸島 剛男, 久松 雄一, 高橋 純一, 副島 雄二, 三森 功士
  • Organizer: 第81回日本癌学会総会
• [Presentation] 大腸癌における新規ドライバー遺伝子候補Zinc finger protein 282(ZNF282)の同定とその臨床学的意義 (2022)
  • Author(s): 阿部 正(九州大学病院別府病院 外科), 増田 隆明, 細田 清孝, 大樂 勝司, 橋本 雅弘, 中野 祐輔, 平木 嘉樹, 安東 由貴, 本村 有史, 高橋 純一, 久松 雄一, 戸島 剛男, 米村 祐輔, 衛藤 謙, 池上 徹, 三森 功士
  • Organizer: 第81回日本癌学会総会
• [Presentation] エンハンサー機能亢進による食道癌の新たながん進展機構 (2022)
  • Author(s): 斉藤 秀幸, 中野 貴文, 高橋 純一, 久松 雄一, 戸島 剛男, 米村 祐輔, 増田 隆明, 調 憲, 佐伯 浩司, 三森 功士
  • Organizer: 第77回日本消化器外科学会総会
• [Presentation] 網羅的ハブ遺伝子解析に基づく肝細胞癌におけるハブ遺伝子MFSD10発現の臨床的意義 (2022)
  • Author(s): 高橋 純一, 増田 隆明, 橋本 雅弘, 中野 祐輔, 大楽 勝司, 阿部 正, 斉藤 秀幸, 大里 祐樹, 安東 由貴, 中野 貴文, 久松 雄一, 戸島 剛男, 米村 祐輔, 吉住 朋晴, 三森 功士
  • Organizer: 第112回日本外科学会定期学術集会