In vivo comprehensive genome editing analysis to elucidate the mechanisms of cancer refractoriness for development of novel therapies

• Project/Area Number: 22K19554
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 55:Surgery of the organs maintaining homeostasis and related fields
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 田中 真二 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30253420)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 新部 彩乃 (樺嶋彩乃) 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (20445448) ; 島田 周 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (20609705) ; 秋山 好光 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (80262187)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2023: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2022: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: ゲノム編集 / 難治性がん / 転移 / エピゲノム制御 / 細胞外基質 / CAR-T / 樹状細胞 / 免疫疲弊 / 播種転移 / 肝転移 / 免疫逃避 / 腫瘍関連線維芽細胞(CAF) / 膵癌

Outline of Research at the Start

本研究では、膵癌の肝転移、腹膜播種転移能獲得の分子機序を正常免疫下におけるin vivo網羅的ゲノム編集解析によって解明し、新規治療開発を進める。さらに、膵癌特異的なCAR-T治療を確立し、TCRおよびPD-1の多重ゲノム編集を開発して持続性を高めることに成功したが、癌組織内への浸潤は限定的であることを見出した。in vivo網羅的ゲノム編集解析によってCAR-T細胞の癌組織への浸潤能を促進するメカニズムを解明し、新たな免疫治療を開発する。膵癌は典型的な難治性癌であり、in vivoゲノム編集解析に基づく新規転移制御治療および革新的CAR-T細胞治療の開発は、挑戦的研究として最重要課題である。

Outline of Annual Research Achievements

近年のゲノム編集技術の開発によって大きな技術革新が生まれており、治療開発への応用が期待されている。申請者は挑戦的研究(萌芽)H30-R1/R2-3により高効率多重ゲノム編集技術を開発し、初代培養細胞およびCAR-T細胞へ同時に複数の遺伝子変異を導入する革新的手法に成功した。本研究では、高効率ゲノム編集技術をin vivo CRISPR/Cas9 sgRNA library導入へ応用し、膵癌細胞の網羅的ゲノム編集解析により転移能獲得機序を解明し、CAR-T細胞の網羅的ゲノム編集解析により膵癌組織への免疫浸潤機序を解明する。免疫応答モデルを用いて癌細胞および免疫細胞の両面から膵癌の難治性機序を明らかにし、新規治療法を開拓する挑戦的課題である。
(1)膵癌細胞のin vivo網羅的ゲノム編集解析による転移能獲得機序の解明と治療開発
C57BL/6マウス由来膵癌株を用いたin vivo網羅的ゲノム編集解析の結果、同系統マウスにおける転移能獲得には抗原提示機構および細胞外基質(ECM)に関連する遺伝子群が寄与することを見出した。抗原提示機構のエピゲノム制御を見出し、治療標的となる可能性を認めた。さらにECMシグナル阻害剤および酵素阻害剤により樹状細胞およびT細胞が活性化し、転移抑制に伴い予後が延長することを明らかにした。
(2)CAR-T細胞のin vivo網羅的ゲノム編集解析による免疫浸潤機序の解明と治療開発
MSLN+膵癌マウスモデルに対して同系統MSLN-マウスCAR-Ｔ細胞治療を施行し、in vivo網羅的ゲノム編集解析によって免疫関連遺伝子群を同定して、新たに免疫活性化遺伝子を追加したNew CARベクターを作成した。New CAR-T細胞治療による治療効果群の解析によって樹状細胞活性化が重要であることを見出し、さらに免疫疲弊阻害剤併用によって有効性が亢進することを明らかにした。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Brown University/MD Anderson Cancer Center/Massachusetts General Hospital(米国)
• [Int'l Joint Research] Institut Cochin INSERM(フランス)
• [Int'l Joint Research] University Hospital Ulm(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Seoul National University/Seoul ASAN Medical Center(韓国)
• [Int'l Joint Research] Brown University/MD Anderson Cancer Center(米国)
• [Int'l Joint Research] Institut Cochin INSERM(フランス)
• [Int'l Joint Research] University Hospital Ulm(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Seoul National University/Seoul ASAN Medical Center(韓国)
• [Int'l Joint Research] Peking University(中国)
• [Journal Article] RTP4 silencing provokes tumor-intrinsic resistance to immune checkpoint blockade in colorectal cancer (2023)
  • Author(s): Yamamoto Yudai、Shimada Shu、Akiyama Yoshimitsu、Tsukihara Shu、Sugimoto Raizo、Kabashima Ayano、Tokunaga Masanori、Kinugasa Yusuke、Kawakami Yutaka、Tanaka Shinji
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology Volume: ND Issue: 6 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1007/s00535-023-01969-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Loss of SFXN1 mitigates lipotoxicity and predicts poor outcome in non-viral hepatocellular carcinoma (2023)
  • Author(s): Yagi K, Shimada S, Akiyama Y, Hatano M, Asano D, Ishikawa Y, Ueda H, Watanabe S, Akahoshi K, Ono H, Tanabe M, Tanaka S.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 9449-9449
  • DOI: 10.1038/s41598-023-36660-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Loss of KDM6B epigenetically confers resistance to lipotoxicity in nonalcoholic fatty liver disease?related HCC (2023)
  • Author(s): Hatano M, Akiyama Y, Shimada S, Yagi K, Akahoshi K, Itoh M, Tanabe M, Ogawa Y, Tanaka S.
  • Journal Title: Hepatology Communications Volume: 7 Issue: 10
  • DOI: 10.1097/hc9.0000000000000277
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The chronicles of hepatocellular carcinoma classification: Subtyping, modeling, and treatment (2023)
  • Author(s): Shimada S, Tanaka S.
  • Journal Title: Hepatology Volume: 79 Issue: 2 Pages: 261-263
  • DOI: 10.1097/hep.0000000000000588
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GMT is frequently inactivated in pancreatic NET-G2 and is associated with the therapeutic efficacy of STZ-based regimens (2023)
  • Author(s): Yagi K, Ono H, Kudo A, Kinowaki Y, Asano D, Watanabe S, Ishikawa Y, Ueda H, Akahoshi K, Tanaka S, Tanabe M
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: - Issue: 1 Pages: 7535-7535
  • DOI: 10.1038/s41598-023-34666-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Surgical anatomy of the dorsal pancreatic artery: Considering embryonic development (2023)
  • Author(s): Yamane Masahiro、Ishikawa Yoshiya、Asano Daisuke、Watanabe Shuichi、Ueda Hiroki、Akahoshi Keiichi、Ono Hiroaki、Kudo Atsushi、Tanaka Shinji、Sugiyama Yuzuki、Muro Satoru、Akita Keiichi、Tanabe Minoru
  • Journal Title: Pancreatology Volume: 23 Issue: 6 Pages: 697-703
  • DOI: 10.1016/j.pan.2023.07.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A niche-mimicking polymer hydrogel-based approach to identify molecular targets for tackling human pancreatic cancer stem cells (2023)
  • Author(s): Murota Yoshitaka、Nagane Mariko、Wu Mei、Santra Mithun、Venkateswaran Seshasailam、Tanaka Shinji、Bradley Mark、Taga Tetsuya、Tabu Kouichi
  • Journal Title: Inflammation and Regeneration Volume: 43 Issue: 1 Pages: 46-46
  • DOI: 10.1186/s41232-023-00296-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] RRM1 is mediated by histone acetylation through gemcitabine resistance and contributes to invasiveness and ECM remodeling in pancreatic cancer (2023)
  • Author(s): Ono Hiroaki、Murase Yoshiki、Yamashita Hironari、Kato Tomotaka、Asano Daisuke、Ishikawa Yoshiya、Watanabe Shuichi、Ueda Hiroki、Akahoshi Keiichi、Ogawa Kosuke、Kudo Atsushi、Akiyama Yoshimitsu、Tanaka Shinji、Tanabe Minoru
  • Journal Title: International Journal of Oncology Volume: 62 Issue: 4 Pages: 51-51
  • DOI: 10.3892/ijo.2023.5499
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Incidence and Mechanism of Refractory Postoperative Cholangitis After Hepatectomy with Hepaticojejunostomy (2023)
  • Author(s): Morimoto K, Ueda H, Asano D, Ishikawa Y, Watanabe S, Akahoshi K, Ono H, Kobayashi M, Okamoto R, Tanaka S, Tanabe M.
  • Journal Title: Journal of Gastrointestinal Surgery Volume: 27 Issue: 8 Pages: 1668-1676
  • DOI: 10.1007/s11605-023-05724-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Incidence and mechanism of refractory postoperative cholangitis after hepatectomy with hepaticojejunostomy (2023)
  • Author(s): Morimoto K, Ueda H, Asano D, Ishikawa Y, Watanabe S, Akahoshi K, Ono H, Kobayashi M, Okamoto R, Tanaka S, Tanabe M
  • Journal Title: Journal of Gastrointestinal Surgery Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular targeted drugs, comprehensive classification and preclinical models for the implementation of precision immune oncology in hepatocellular carcinoma. (2022)
  • Author(s): Shimada S, Tanaka S.
  • Journal Title: International Journal of Clinical Oncology Volume: - Issue: 7 Pages: 1101-1109
  • DOI: 10.1007/s10147-022-02174-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] cGAS-STING signaling encourages immune cell overcoming of fibroblast barricades in pancreatic cancer (2022)
  • Author(s): Kabashima A, Matsuo Y, Ito S, Akiyama Y, Ishii T, Shimada S, Masamune A, Tanabe M, Tanaka S
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 10466-10466
  • DOI: 10.1038/s41598-022-14297-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of a novel target of <scp>SETD1A</scp> histone methyltransferase and the clinical significance in pancreatic?cancer (2022)
  • Author(s): Ishii Takeshi、Akiyama Yoshimitsu、Shimada Shu、Kabashima Ayano、Asano Daisuke、Watanabe Shuichi、Ishikawa Yoshiya、Ueda Hiroki、Akahoshi Keiichi、Ogawa Kosuke、Ono Hiroaki、Kudo Atsushi、Tanabe Minoru、Tanaka Shinji
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 114 Issue: 2 Pages: 463-476
  • DOI: 10.1111/cas.15615
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Long noncoding RNA 01534 maintains cancer stemness by downregulating endoplasmic reticulum stress response in colorectal cancer (2022)
  • Author(s): Ichihara M, Takahashi H, Nishida N, Ivan C, Okuzaki D, Yokoyama Y, Ohtsuka M, Miyoshi N, Uemura M, Tanaka S, Calin G, Mori M, Doki Y, Eguchi, H, Yamamoto H
  • Journal Title: Annals of Gastroenterological Surgery Volume: 7 Issue: 3 Pages: 458-470
  • DOI: 10.1002/ags3.12649
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytoplasmic RRM1 activation as an acute response to gemcitabine treatment is involved in drug resistance of pancreatic cancer cells (2021)
  • Author(s): Kato Tomotaka、Ono Hiroaki、Fujii Mikiya、Akahoshi Keiichi、Ogura Toshiro、Ogawa Kosuke、Ban Daisuke、Kudo Atsushi、Tanaka Shinji、Tanabe Minoru
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 16 Issue: 4 Pages: 0252917-0252917
  • DOI: 10.1007/s00432-021-03660-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Curative Surgery and Ki-67 Value Rather than Tumor Differentiation Predict the Survival of Patients with High-grade Neuroendocrine Neoplasms (2020)
  • Author(s): Asano Daisuke、Kudo Atsushi、Akahoshi Keiichi、Maekawa Aya、Murase Yoshiki、Ogawa Kosuke、Ono Hiroaki、Ban Daisuke、Tanaka Shinji、Tanabe Minoru
  • Journal Title: Annals of Surgery Volume: Publish Ahead of Print Issue: 2 Pages: e108-e113
  • DOI: 10.1097/sla.0000000000004495
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Metabolic Dysfunction-Associated Liver Cancer (invited lecture) (2024)
  • Author(s): Shinji Tanaka
  • Organizer: Asian Pacific Association for the Study of the Liver (APASL) 2024 Kyoto
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Integrated Omics Analysis for the Progression of Hepatocellular Carcinoma (invited lecture) (2024)
  • Author(s): Shinji Tanaka
  • Organizer: Asian Pacific Association for the Study of the Liver (APASL) 2024 Kyoto
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Educational Session: New currents in the field of HBP surgery (2023)
  • Author(s): Shinji Tanaka
  • Organizer: The 35th Meeting of Japanese Society of Hepato-Biliary-Pancreatic Surgery
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 基調講演：肝癌腫瘍微小環境（シンポジウム） (2023)
  • Author(s): 田中真二
  • Organizer: 第59回日本肝癌研究会
  • Invited
• [Presentation] Molecular and immunological mechanisms of liver cancer; preclinical studies for clinical application (Workshop) (2022)
  • Author(s): Shinji Tanaka
  • Organizer: Asian Pacific Association for the Study of the Liver (APASL) Oncology 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Biomarker research and clinical application for treatment of hepato-biliary-pancreatic cancer (Workshop) (2022)
  • Author(s): Shinji Tanaka
  • Organizer: The 34th Meeting of Japanese Society of Hepato-Biliary-Pancreatic Surgery
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ゲノム研究の両輪に基づく臨床応用への展開（特別企画） (2022)
  • Author(s): 田中真二
  • Organizer: 第58回日本肝臓学会総会
  • Invited
• [Presentation] 外科臨床に基づく難治性がんの分子免疫機序と治療戦略（ワークショップ） (2022)
  • Author(s): 田中真二
  • Organizer: 第60回日本癌治療学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 臨床から見た肝細胞癌の分子免疫サブタイプと治療戦略（シンポジウム） (2022)
  • Author(s): 田中真二
  • Organizer: 第26回日本肝臓学会大会
  • Invited
• [Book] 肝生検ガイダンス (2024)
  • Author(s): 日本肝臓学会（編集）
  • Total Pages: 88
  • Publisher: 南江堂
  • ISBN: 9784524204540
• [Remarks] 非ウイルス性肝細胞がんの特異的予後予測因子SFXN1の同定と脂肪毒性に対する耐性機序の解明
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/press-release/20230613-1/
• [Remarks] NAFLD関連肝がんにおける脂肪毒性への耐性獲得機序の解明
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/press-release/20231010-1/
• [Remarks] 分子腫瘍医学研究室ホームページ
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/grad/monc/
• [Remarks] cGAS-STINGシグナルは免疫細胞の膵臓癌線維芽細胞バリケード突破を促進する
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/press-release/20220630-1/
• [Remarks] 膵癌におけるエピゲノム修飾酵素SETD1Aの悪性化メカニズム解明
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/press-release/20221110-2/
• [Remarks] 大腸癌における腫瘍細胞内因性の免疫チェックポイント阻害薬 治療抵抗性獲得メカニズムの解明
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/press-release/20230303-1/