大腸がん幹細胞の可塑性を制御する時空間的メカニズムの解析

• Project/Area Number: 23K27582
• Project/Area Number (Other): 23H02891 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53010:Gastroenterology-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 妹尾 浩 京都大学, 医学研究科, 教授 (90335266)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中西 祐貴 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (40838679)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2025: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2024: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2023: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 大腸がん

Outline of Research at the Start

本研究では大腸がんを対象に、がん幹細胞と子孫がん細胞に可塑性をもたらす鍵因子の解明、可塑性の克服による大腸がん治療法開発へ向けた基盤整備と展開を目的とする。そのため、遺伝子改変マウス、マウスとヒトの大腸腫瘍およびがんオルガノイド、ヒト大腸がん臨床検体などを用いて、大腸がんを構成する多彩な細胞の活性化シグナル、および細胞間相互作用を時空間的に解析する。それにより大腸がん幹細胞および子孫がん細胞の可塑性を制御する鍵因子を抽出し、それを利用した新規大腸がん治療法の開発に結びつける。

Outline of Annual Research Achievements

がん組織の時空間的な複雑さは治療抵抗性の大きな原因となる。そのような時空間的な複雑さをもたらす機序のひとつに、がん微小環境やがん細胞内で活性化するシグナルの変化により、がん幹細胞/子孫がん細胞が可塑性をもってダイナミックに変動することがあげられる。本研究では、独自に構築してきた遺伝子改変マウス、ヒト大腸がんオルガノイド、空間的情報を加味した網羅的遺伝子発現解析を行い、がん幹細胞制御因子の抽出、がん幹細胞と微小環境を標的とするcombination therapyの検証など、大腸がん幹細胞の可塑性を制御するメカニズムの解明、新規大腸がん治療法の開発に向けた基板を整備することを目的とした。令和5年度には、マウス大腸がんオルガノイドをTHBS1 KOマウスの直腸に同所移植し、網羅的遺伝子発現解析を行って、がん微小環境およびがん幹細胞性を検討した。それにより、間質細胞フェノタイプの変化、がん細胞と間質細胞に生じるシグナルの変化に基づいた、がん幹細胞・間質の相互作用ネットワークの一部を明らかにすることができた。とくに免疫担当細胞、線維芽細胞等、間質に多く浸潤する細胞群のサブタイプに基づいた役割分担について、一定の知見を得た。また、THBS1を中心とする大腸がんの肝転移メカニズムの一端を明らかにすることができた。さらにそこから得られた情報をヒト大腸がん臨床情報と照合し、がん幹細胞と微小環境、特に免疫担当細胞を標的とするcombination therapyの有望性を確認することもできた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

令和5年度には、マウス大腸がんオルガノイドをTHBS1 KOマウスの直腸に同所移植し、網羅的遺伝子発現解析を行う実験が順調に進捗した。それに基づき、間質細胞フェノタイプの変化、がん細胞と間質細胞に生じるシグナルの変化、およびがん幹細胞・間質の相互作用ネットワークの一部を明らかにすることができた。さらに、そこから得られた情報をヒト大腸がん臨床情報と照合することができた。また、ヒト大腸がんオルガノイドについても、がん幹細胞に与える環境因子の役割を解析する作業が進むなど、研究はおおむね順調に進展しているものと判断した。

Strategy for Future Research Activity

今後は、マウス、ヒト双方の大腸腫瘍において、網羅的発現解析に空間的情報を加味した検討を予定する。新たな遺伝子改変によるin vivoでのネットワーク検証、がん幹細胞と微小環境を標的とするcombination therapyの検証を進めたい。具体的には、腸腫瘍モデルマウスと新たなKOマウスとの交配、小分子化合物、抗体等の全身投与のほか、マウス大腸内視鏡システムを用いた小分子化合物、shRNA等の局所投与も併用する。ヒト大腸がん幹細胞動態可視化オルガノイド培養系やヒト大腸がんxenograftモデルも併用して、がん幹細胞からのリニエージ・トレーシング、がんオルガノイドの増殖に与える影響を短期、長期に検証する。それにより、大腸がん幹細胞の可塑性を制御するメカニズムに迫り、新規大腸がん治療法の開発に結びつける。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Technische Universitat Munchen(ドイツ)
• [Journal Article] Sporadic gastric juvenile polyposis with a novel SMAD4 nonsense mutation in a mosaic pattern. (2024)
  • Author(s): Matsuyama S, Fukuda A, Matsumoto A, Eguchi H, Ueo T, Ohana M, Seno H.
  • Journal Title: Clin J Gastroenterol Volume: 17 Issue: 1 Pages: 23-28
  • DOI: 10.1007/s12328-023-01884-w
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] THBS1-producing tumor-infiltrating monocyte-like cells contribute to immunosuppression and metastasis in colorectal cancer (2023)
  • Author(s): Omatsu Mayuki、Nakanishi Yuki、Kasashima Hiroaki、et al.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 5534-5534
  • DOI: 10.1038/s41467-023-41095-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pancreatic RECK inactivation promotes cancer formation, epithelial-mesenchymal transition, and metastasis. (2023)
  • Author(s): Masuda T, Fukuda A, Yamakawa G, Omatsu M, Namikawa M, Sono M, Fukunaga Y, Nagao M, Araki O, Yoshikawa T, Ogawa S, Masuo K, Goto N, Hiramatsu Y, Muta Y, Tsuda M, Maruno T, Nakanishi Y, Masui T, Hatano E, Matsuzaki T, Noda M, Seno H.
  • Journal Title: J Clin Invest Volume: 133 Issue: 18
  • DOI: 10.1172/jci161847
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ELF3 suppresses gallbladder cancer development through downregulation of the EREG/EGFR/mTOR complex 1 signalling pathway. (2023)
  • Author(s): Nakamura T, Nishikawa Y, Shiokawa M, Takeda H, Yokode M, Matsumoto S, Muramoto Y, Ota S, Yoshida H, Okada H, Kuwada T, Marui S, Matsumori T, Maruno T, Uza N, Kodama Y, Hatano E, Seno H.
  • Journal Title: J Pathol Volume: 261 Issue: 1 Pages: 28-42
  • DOI: 10.1002/path.6144
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Simultaneous activation of Kras?Akt and Notch pathways induces extrahepatic biliary cancer via the <scp>mTORC1</scp> pathway (2023)
  • Author(s): Namikawa Mio、Fukuda Akihisa、Omatsu Mayuki、Sono Makoto、Masuda Tomonori、Araki Osamu、Nagao Munemasa、Yoshikawa Takaaki、Ogawa Satoshi、Hiramatsu Yukiko、Muta Yu、Tsuda Motoyuki、Maruno Takahisa、Nakanishi Yuki、Tsuruyama Tatsuaki、Taura Kojiro、Hatano Etsuro、Seno Hiroshi
  • Journal Title: The Journal of Pathology Volume: 260 Issue: 4 Pages: 478-492
  • DOI: 10.1002/path.6139
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Brg1 controls stemness and metastasis of pancreatic cancer through regulating hypoxia pathway (2023)
  • Author(s): Araki Osamu、Tsuda Motoyuki、Omatsu Mayuki、Namikawa Mio、Sono Makoto、Fukunaga Yuichi、Masuda Tomonori、Yoshikawa Takaaki、Nagao Munemasa、Ogawa Satoshi、Masuo Kenji、Goto Norihiro、Muta Yu、Hiramatsu Yukiko、Maruno Takahisa、Nakanishi Yuki、Koyasu Sho、et al.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 42 Issue: 26 Pages: 2139-2152
  • DOI: 10.1038/s41388-023-02716-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] On the origin of gastric tumours: analysis of a case with intramucosal gastric carcinoma and oxyntic gland adenoma (2023)
  • Author(s): Ken Kumagai, Takahiro Shimizu, Mitsuhiro Nikaido, Tomonori Hirano, Nobuyuki Kakiuchi, Yasuhide Takeuchi, Sachiko Minamiguchi, Takaki Sakurai, Mari Teramura, Takahiro Utsumi, Yukiko Hiramatsu, Yuki Nakanishi, Atsushi Takai, Shin'ichi Miyamoto, Seishi Ogawa, Hiroshi Seno
  • Journal Title: Journal of Pathology Volume: 259 Issue: 4 Pages: 362-368
  • DOI: 10.1002/path.6050
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibition of dopamine receptor <scp>D1</scp> signaling promotes human bile duct cancer progression via <scp>WNT</scp> signaling (2022)
  • Author(s): Yogo Akitada、Masui Toshihiko、Takaishi Shigeo、Masuo Kenji、Chen Ru、Kasai Yosuke、Nagai Kazuyuki、Anazawa Takayuki、Watanabe Sadanori、Sakamoto Satoko、Watanabe Akira、Inagaki Ryosaku、Nakagawa Masahiro M.、Ogawa Seishi、Seno Hiroshi、Uemoto Shinji、Hatano Etsuro
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 114 Issue: 4 Pages: 1324-1336
  • DOI: 10.1111/cas.15676
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] RECKはEカドヘリンの発現を制御し，膵発癌，上皮間葉転換，転移を抑制する (2023)
  • Author(s): 益田 朋典，福田 晃久，河相 宗矩, 薗 誠, 丸野 貴久, 妹尾 浩
  • Organizer: 第54回 日本膵臓学会大会
• [Presentation] RECK suppresses pancreatic cancer formation, epithelial-mesenchymal transition, and metastasis in mice (2023)
  • Author(s): Tomonori Masuda, Akihisa Fukuda, Munenori Kawai, Go Yamakawa, Makoto Sono, Munemasa Nagao, Yukiko Hiramatsu, Takahisa Maruno, Yuki Nakanishi, Tomoko Matsuzaki, Makoto Noda, Seno Hiroshi
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] THBS1 contributes to the creatoin of immunosuppressive microenvironment and promotes metastasis in colorectal cancer. (2023)
  • Author(s): Mayuki Omatsu, Yuki Nakanishi, Kenta Mizukoshi, Kosuke Iwane, Munenori Kawai, Go Yamakawa, Mio Namikawa, Makoto Sono, Tomonori Masuda, Munemasa Nagao, Takahisa Maruno, Hiroaki Kasashima, Masakazu Yashiro, Akihisa Fukuda, Hiroshi Seno.
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] ARID1A has opposite functions in the conventional and serrated pathways in colon tumorigenesis. (2023)
  • Author(s): Go Yamakawa, Akihisa Fukuda, Kosuke Iwane, Munenori Kawai, Mayuki Omatsu, Mio Namikawa, Makoto Sono, Tomonori Masuda, Osamu Araki, Munemasa Nagao, Takaaki Yoshikawa, Takahisa Maruno, Yuki Nakanishi, Yukiko Hiramatsu, Hiroshi Seno.
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] PBRM1/VIMENTIN axis is a critical determinant for tumor grade and metastasis in Pancreatic cancer. (2023)
  • Author(s): Munenori Kawai, Akihisa Fukuda, Yuki Nakanishi, Yukiko Hiramatsu, Makoto Sono, Tomonori Masuda, Mayuki Omatsu, Mio Namikawa, Go Yamakawa, Kosuke Iwane, Kenta Mizukoshi, Kei, Iimori, Shinnosuke Nakayama, Naoki Aoyama, Takahisa Maruno, Hiroshi Seno.
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] The functional role of Kras, p53, canonical Wnt and Notch pathways in the tumorigenesis of extrahepatic biliary system. (2023)
  • Author(s): Munemasa Nagao, Akihisa Fukuada, Mio Namikawa, Kenta Mizukoshi, Shinnosuke Nakayama, Yukiko Hiramatsu, Takahisa Maruno, Yuki Nakanishi, Hiroshi Seno.
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] PPy-expression cellsas a novel origin of pancreatic ductal adenocarcinoma. (2023)
  • Author(s): Ofejiro Pereye, Takashi Sato, Yuko Nakagawa, Ayako Fukunaka, Akihisa Fukuda, Hiroki Mizukami, Yoshio Fujitani.
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会
• [Presentation] The functional role of Kras, p53, Wnt and Notch pathways in the tumorigenesis of extrahepatic biliary system. (2023)
  • Author(s): Munemasa Nagao, Mio Namikawa, Yoko Masui, Chen Jiayu, Munehiro Ikeda, Sho Matsuyama, Kei Iimori, Shinnosuke Nakayama, Naoki Aoyama, Kenta Mizukoshi, Go Yamakawa, Keiske Iwane, Munenori Kawai, Mayuki Omatsu, Tomonori Masuda, Makoto Sono, Yukiko Hiramatsu, Takahisa Maruno, Yuki Nakanishi, Akihisa Fukuda, Hiroshi Seno.
  • Organizer: 第41回札幌国際がんシンポジウム
• [Presentation] THBS1による高悪性度大腸癌の微小環境制御機構の解明とその治療応用について (2023)
  • Author(s): 尾松万悠紀、中西祐貴、妹尾浩
  • Organizer: 第109回日本消化器病学会総会
• [Presentation] 小児炎症性腸疾患における抗インテグリンαVβ6抗体の意義 (2023)
  • Author(s): 村本雄哉、塩川雅広、妹尾浩
  • Organizer: 第109回日本消化器病学会総会
• [Presentation] 臨床検体を用いた網羅的遺伝子解析による肝発癌初期のゲノム異常の解析 (2023)
  • Author(s): 竹田治彦、髙井淳、妹尾浩
  • Organizer: JDDW2023
• [Presentation] 炎症性肝発癌過程におけるミスマッチ修復遺伝子MSH2の役割の解明 (2023)
  • Author(s): 中野重治、髙井淳、上野真行、藤井洋佑、網野遥、伊藤卓彦、寺村茉利、三嶋眞紗子、井口恵里子、犬塚義、竹田治彦、清水孝洋、妹尾浩
  • Organizer: JDDW2023
• [Presentation] RNA分解酵素Regnase-1は 腸内細菌に起因するIL-17 signalingの制御を介して 大腸腫瘍の発育を抑制する (2023)
  • Author(s): 井口恵里子、髙井淳、妹尾浩
  • Organizer: JDDW2023
• [Remarks] 京都大学消化器内科ウェブサイト
  • URL: https://gastro.kuhp.kyoto-u.ac.jp/