Elucidation of novel NK cell activation and induction mechanisms by RNA velocity analysis

Research Project

Project/Area Number	23K24184
Project/Area Number (Other)	22H02923 (2022-2023)
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Multi-year Fund (2024) Single-year Grants (2022-2023)
Section	一般
Review Section	Basic Section 50020:Tumor diagnostics and therapeutics-related
Research Institution	Kyushu University
Principal Investigator	原田結九州大学, 薬学研究院, 准教授 (00608507)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000) Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000) Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000) Fiscal Year 2022: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000)
Keywords	NK細胞 / scRNA-seq / Trajectory / GAIA-102 / 固形腫瘍 / 活性化 / 増殖 / Trajectory assay
Outline of Research at the Start	これまでにNK細胞の増幅培養技術を開発、その臨床応用を進めるべく治験開始に向けて治験用製品を製造中である（治験実施中）。一方そのPhenotypeは臨床で高い有効性 (難治性AML15例に奏効率100%) を示したMemory-like NKと一部特徴を共有しつつも、特に固形腫瘍に対して高活性という点で特異である。その分化活性化機序を明らかにするべく研究を進めてきたが、その過程でGAIA-102がHeteroな集団で段階的に誘導されてくることを明らかにした。本研究ではその工程で鍵となる分子メカニズムを時間を追って明らかにするとともに、医療応用に向けた基盤データを取得する。
Outline of Annual Research Achievements	1980年代より米国NIHを中心としてがん治療への応用が試みられてきたものの、明確な有効性を示せないでいたNK細胞であるが、近年その原因が、適切な phenotypeを作出することが出来ていなかったことに起因していることが明らかとなり、世界中で精力的に実用化開発が推進されている。これに先行して申請者らは2010年より、悪性腫瘍に対する治療技術として獲得免疫機構を補完或いは効率的に誘導するべくNK細胞に着目し、研究開発を進めてきていた。特に固形腫瘍に有効性を示せるPhenotypeの作出を目指し、その手法を見出した(Saito S, Harada Y, et al, Hum Gene Ther Methods, 2013ほか関連特許20件、3つの固形腫瘍に対して治験実施中)。この細胞を申請者らは開発コードGAIA-102の名前で呼んでいる。本研究にで進めている網羅的な遺伝子発現解析およびメチレーション解析では、GAIA-102は末梢血中NKから活性化培養されたMemory-like NKよりも更に活性化が進んだphaseにあること、かつ複数のsubtypeに分かれていることが判明した。またGAIA-102の培養法は集団として再現性の高い状態変化を来たすため、リード数を抑えた予備実験においても明確にsubtypeを検出可能であることが確認された。そこで培養開始時点から終了時点までの様々な段階でサンプリングを行い、scRNA-seq解析を実施した。引き続いて、ある細胞集団が分化/状態変化していく様子を継時的に読み解くTrajectory assayを行った。多くの遺伝子発現パターン変化に基づき、モジュール解析を進めている。Phenotype変化のキーとなる遺伝子、GAIA-102の活性本態と推定される遺伝子の絞り込みを行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 発現Array、scRNA-seqから得られたデータを統合的に解析し、Primary NKとGAIA-102、そしてMemory-like NKとが相対的にどのような位置付けにあるのか、またその活性化工程でどのような遺伝子発現変化を起こすのか、その調整を担う遺伝子や抗腫瘍活性の本態となる遺伝子はどれか、といった生物学的および薬剤開発上極めて重要な生命現象が明らかになりつつある。既にsequensingは完遂しており、統計解析と実際の細胞を用いた検証ステップに入っている。
Strategy for Future Research Activity	Trajectory assayを進めて活性化経路の特定精度の向上を図る。GAIA-102が極めて特異な性質を持つことから、既存の手法では経路推定が実施不可能なことが判明しており、その解決手法は2023年度までに確立させたため、引き続き解析を進める。