Novel drug discovery approaches targeting intratumoral heterogeneity at single-cell level

• Project Area: Conquering cancer through neo-dimensional systems understanding
• Project/Area Number: 18H04906
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 田中 伸之 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (60445244)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 腫瘍内不均一性 / RNAシークエンス / ライトシート顕微鏡 / シングルセル / シークエンス / 創薬研究 / イメージング

Outline of Annual Research Achievements

腎尿路がん(膀胱癌・腎癌)は米国NCIが示す世界的なcommon cancerであり、がん免疫療法では先駆的立場である。Nivolumab及びPembrolizumabは固形癌で先駆けて承認され、腎尿路がんの知見は癌研究に大きな波及効果を有する。本研究は、癌根治を妨げとなる腫瘍内不均一性を1細胞レベルのシングルセルRNAシークエンスで解析し、難治性である腎尿路がんを克服する新しい分子基盤を構築したい。得られる腫瘍内不均一性の全容は、ライトシート顕微鏡により立体的に可視化し、特に治療耐性を促すサブクローン“癌幹細胞”が生息する“癌幹細胞ニッチ”の立体構造を明らかにする。2019年度は、この研究基盤として、ライトシート顕微鏡の新規イメージングパイプラインであるDIIFCO（diagnosing in situ hybridized and immunolabeled fresh or fixed cleared organs）法を開発した。DIIFCO法は、組織透明化法に独自の免疫染色・in situハイブリダイゼーション法を組み合わせ、1細胞レベルで腫瘍立体構造が保持された状態で、高解像度なシングルセルカウント・タンパク/RNA発現の同時解析を世界で初めて可能にした。腫瘍空間におけるRNA可視化は、シングルセルRNAシークエンスの再現にも重要である。さらに、不均一な上皮間葉転換や腫瘍内免疫浸潤もミクロなレベルで可視化されるが、我々は特に立体的な癌幹細胞ニッチ解明に不可欠なイメージングツールと考える。シングルセルRNAシークエンスにおいては前年度に引き続き、同種移植に基づくマウス腫瘍塊からの癌細胞・免疫細胞の1細胞単離プロトコール作成と改良に従事した。シークエンス前に細胞が堅固に維持された状態で、単一細胞化が可能となった。基礎研究の成果を検証する臨床データの整備も進められた。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Medical Biochemistry and Biophysics/Karolinska Institutet/Stockholm(スウェーデン)
• [Journal Article] TNFAIP2 expression induces epithelial-to-mesenchymal transition and confers platinum resistance in urothelial cancer cells. (2019)
  • Author(s): Niwa N, Tanaka N, Hongo H, Miyazaki Y, Takamatsu K, Mizuno R, Kikuchi E, Mikami S, Kosaka T, Oya M.
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 99 Issue: 11 Pages: 1702-1713
  • DOI: 10.1038/s41374-019-0285-y
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Volumetric imaging: a potential tool to stage upper tract urothelial carcinoma. (2019)
  • Author(s): Grahn Alexandra、Tanaka Nobuyuki、 Uhlen Per、 Brehmer Marianne
  • Journal Title: World Journal of Urology Volume: 37 Issue: 11 Pages: 2297-2302
  • DOI: 10.1007/s00345-019-02682-1
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mapping of the three-dimensional lymphatic microvasculature in bladder tumours using light-sheet microscopy. (2018)
  • Author(s): Tanaka N, Kaczynska D, Kanatani S, Sahlgren C, Mitura P, Stepulak A, Miyakawa A, Wiklund P, Uhlen P.
  • Journal Title: British Journal of Cancer Volume: 118 Issue: 7 Pages: 995-999
  • DOI: 10.1038/s41416-018-0016-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Improved Pathological Examination of Tumors with 3D Light-Sheet Microscopy. (2018)
  • Author(s): Uhlen P, Tanaka N.
  • Journal Title: Trends in Cancer Volume: 4 Issue: 5 Pages: 337-341
  • DOI: 10.1016/j.trecan.2018.03.003
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Single-cell RNA-seq analysis reveals the platinum resistance gene COX7B and the surrogate marker CD63 (2018)
  • Author(s): Tanaka Nobuyuki、Katayama Shintaro、Reddy Aparna、Nishimura Kaneyasu、Niwa Naoya、Hongo Hiroshi、Ogihara Koichiro、Kosaka Takeo、Mizuno Ryuichi、Kikuchi Eiji、Mikami Shuji、Miyakawa Ayako、Arenas Ernest、Kere Juha、Oya Mototsugu、Uhl?n Per
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: 7 Issue: 12 Pages: 6193-6204
  • DOI: 10.1002/cam4.1828
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 3次元ライトシート顕微鏡による腫瘍内不均一性の可視化：スライドフリーな1細胞レ ベルのタンパク/RNA発現解析 (2019)
  • Author(s): 田中 伸之、三上 修治、小坂 威雄、水野 隆一、大家 基嗣
  • Organizer: 第78回日本癌学会学術総会
• [Presentation] 3次元ライトシート顕微鏡を用いた次世代泌尿器癌イメージング:腫瘍内不均一 性の可視化 (2019)
  • Author(s): 田中 伸之、三上 修治、桝田 司、武田 利和、松本 一宏、森田 伸也、小坂 威雄、浅沼 宏、水野 隆一、大家 基嗣
  • Organizer: 第57回 日本癌治療学会学術集会
• [Presentation] Transcription and protein phenotyping with 3D pathology: Light-sheet microscopy overlooks cellular malignancy of intact tumour volumes (2019)
  • Author(s): Tanaka N, Kanatani S, Kaczynska D, Louhivuori L, Oya M, Miyakawa A, Uhlen P.
  • Organizer: The 34th Annual EAU Congress
• [Presentation] がん微小環境の可視化：透明化技術を利用した次世代癌イメージング (2018)
  • Author(s): 田中伸之、大家基嗣
  • Organizer: 第83回日本泌尿器科学会東部総会
• [Remarks]
  • URL: http://www.keio-urology.jp/
• [Remarks] 慶應義塾大学医学部泌尿器科学教室
  • URL: http://www.keio-urology.jp/