放射線治療耐性がん細胞の分子メカニズム解析

• Project/Area Number: 22K20822
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0901:Oncology and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 林 理絵 大阪大学, 医学部附属病院, 医員 (30966536)
• Project Period (FY): 2022-08-31 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: オルガノイド / 放射線療法耐性 / 化学療法耐性 / 初代培養 / 大腸癌 / 癌幹細胞

Outline of Research at the Start

大腸癌細胞株および大腸癌より樹立した初代培養細胞「オルガイド」を用いて、放射線および化学療法の耐性メカニズム解明と癌幹細胞との関連の検討を行う。
初代培養細胞はより生体内のがんに近く、がんの増殖や転移に関わる新しいメカニズムの解明や新規治療薬の開発につながるとされている。我々のグループでは、臨床検体から癌細胞の多様性を保持したまま in vitroで安定的に2D/3Dで培養するオルガノイドを構築し、研究を行ってきた。耐性と癌幹細胞との関連について、オルガノイドの多様性を用いて解明していく。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、大腸癌細胞株および大腸癌より樹立した初代培養細胞「オルガイド」を用いて、放射線および化学療法の耐性メカニズム解明と癌幹細胞との関連の検討を行うことを目的として研究を開始した。
術後再発や局所進行等の難治性大腸癌に対して放射線化学療法を行うが、効果に乏しい症例も多い。これらは、耐性獲得が臨床的に大きな問題であり、腫瘍細胞の可逆性および不均一性が影響している。不均一性には癌幹細胞が関与しており、治療後も幹細胞が残存し再発に至るという報告もある。耐性メカニズムは、癌幹細胞と密接に関連していると考えられる。
放射線照射をした癌細胞株では、幹細胞マーカーであるCD44highは生き残るという既報がある。そこで大腸癌細胞株で放射線照射を行ったところ、CD44highの集団が残ることが判明した。一方、大腸癌オルガノイドに放射線照射を行ったところ、照射量が増すにつれてCD44highに加えてCD44lowの集団も新たに出現することが同定された。この分画をソートし、マウス皮下に注入すると腫瘍形成能が高いことがわかった。
さらに、化学療法後の耐性メカニズムについても解析をすすめた。幹細胞マーカーの変化に関して、CD44は化学療法投与後に低値を示した。CD44-ve集団を選別して培養すると、CD44 +ve集団が徐々に出現し、CD44-ve集団は減少した。CD44-ve集団は化学療法投与前のCD44+ve集団に由来することが示された。また、Single cell解析の結果、POU5F1はCD44low集団で高発現しており、Velocity解析の結果、CD44-ve集団は化学療法後に誘導され、POU5F1を発現していた。よってPOU5F1は、幹細胞性に関連して化学療法抵抗性に関与していることが示された。