2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of the molecular mechanism for formation and breakdown of biotissues by mathematical modeling
| Project Area | Integrated analysis and regulation of cellular diversity |
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| Project/Area Number |
17H06329
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| Research Institution | Kanagawa Cancer Center Research Institute |
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Principal Investigator |
越川 直彦 地方独立行政法人神奈川県立病院機構神奈川県立がんセンター(臨床研究所), 臨床研究所, 部長 (70334282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石渡 通徳 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (30350458)
室井 敦 地方独立行政法人神奈川県立病院機構神奈川県立がんセンター(臨床研究所), その他部局等, 技師・研究員 (60609402)
中村 直俊 大阪大学, 数理・データ科学教育研究センター, 特任准教授(常勤) (30554472)
朝倉 暢彦 大阪大学, 数理・データ科学教育研究センター, 特任准教授(常勤) (70308584)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 数理モデル / シミュレーション / RPPA / 肝がん / チロシンキナーゼ受容体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度、数理モデル、シミュレーション、データ科学の研究を強化する目的で2名の数理科学者を分担研究者に加え研究を行った。まず、昨年度、2種類のチロシンキナーゼ受容体のクロストークによる肝がん細胞の悪性化進展シグナルを制御するプロトタイプの数理モデルを作成したが、それを用いたシミュレーションと逆相蛋白質アレイ（RPPA）解析データの乖離が見られたので、数理モデル経路、それら関連分子のパラメーターの見直しを行った。これら数理、生物を融合した研究は、米国バンダービルト大学医学部システム生物学センターに1名の分担研究者を派遣した共同研究として進めている。現在までに、数理モデルを用いたシミュレーション解析より、CD90陽性の肝がん幹細胞の増殖制御に関わる鍵分子を可視化し、細胞を用いたバリデーション研究を進めている。
また、イヌ腎上皮MDCK細胞を用いて上皮間葉転換（EMT）、間葉上皮転換（MET）をモニタリングする細胞の作製を行ったが、TGF-βによるMDCK細胞のEMT誘導が十分に見られず、EMTで変動する関連因子のRPPAによる解析が困難であった。今年度、MDCKに変わるミンク肺上皮Mv1Lu細胞を用いて、新たにTGF-βにより変動するEMT因子の時系列による定量解析データー、および、その形態の変化を解析するための準備を行った。
上記の研究に加えて、領域内の生物学・数理学の融合研究を促進するため、A03の研究グループにRPPA解析技術、数理モデル解析を用いた共同研究を行っている。現在、RPPAのもつ微量蛋白解析技術を用いて抗がん剤耐性分子機序の解明を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
独立した2つの異なるチロシンキナー受容体のシグナル経路のクロストークによる肝がん悪性化進展シグナルをシミュレーションできるプロトタイプ数理モデルを作成した。特に、EGFR、EphA2を同時に両者のリガンドで刺激すると、新たにEphA2のがん抑制シグナルの亢進が悪性タイプの肝がん幹細胞でみられることを見出した。このシミュレーション結果が肝がんの悪性化へ及ぼす影響を検証し、ROSからのチロシンフォスファターゼの活性を制御する可能性を見出し、生物学的なバリデーションを行っている。この現象は、CD90陽性細胞で普遍的に見られることから、がん悪性化進展に重要な役割を担う可能性をもつと考えられる。なお、本数理モデルを用いたシミュレーションは、米国バンダービルト大学システム生物学センターに分担研究者を派遣して進めている。
TGF-βによるイヌ腎臓上皮MDCK細胞のEMTは一般的なEMTによる関連因子の変動が見られる、上皮細胞の再検索から行うことになった。様々な培養上皮細胞を用いて、TGF-βによるEMT関連因子の変動を検討したところ、ミンク肺上皮Mv1Lu細胞がTGF-βによるEMT関連因子の変動を示したことから、Mv1Lu細胞を用いた解析を進めた。しかし、EMT、METを示した細胞を蛍光蛋白質で見分けるシステムの構築を試みたが、E-Cadherinのプロモーターを導入した蛍光蛋白質が十分に機能せず、その対応に時間を要した。現在、新たな方法を用いて、EMT、METをモニターするMv1Lu細胞の作成を継続している。
領域内へのRPPA解析、数理解析の共同研究を介した支援も順調に進み、A03の班員との共同研究を行っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
肝がん悪性化進展シグナル制御を書き表した数理モデルは精度を高めるために、パラメーター、de novo経路についての解析をバンダービルト大学と共同の数理チームで検討する予定である。また、生物チームは前年度までのシミュレーションで見出したチロシンフォスファターゼによるEphA2のがん化抑制の分子機序の細胞生物学的証明を継続して検討する。さらに培養肝がん細胞を用いた解析得られた結果が、生体内に生じた肝がん組織においても同様の結果を得ることが出来るか否かを検証し、生体内でのがん悪性化進展制御シグナルのダイバーシティーを見出す計画である。
一方、データ科学的な解析から、CD90、EpCAM発現による肝がん細胞の悪性化への遷移を予測する可能性を見出しており、その知見のバリデーションをTCGA等の公共データーベースを用いて検証することで、生体で発生する肝がん細胞の悪性化への遷移を可視化することが出来ると考える。
Mv1Lu細胞を用いたEMT誘導で変動する関連分子の数理モデルの構築は、まず、TGF-βによる刺激で誘導される形態変化に着目した検討を行う。そのため、EMT、METを正確にモニターできるMv1Lu細胞を確立して、時系列による形態変化をタイムラプス解析で明らかとする。
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