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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Development of cancer therapy based on the hypoxia response of cancer cells

Planned Research

Project AreaOxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
Project/Area Number 26111005
Research InstitutionOsaka International Cancer Institute

Principal Investigator

井上 正宏  地方独立行政法人大阪府立病院機構大阪国際がんセンター(研究所), 研究所, 総括研究員(生化学部門長) (10342990)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 青木 正博  愛知県がんセンター(研究所), 分子病態学部, 部長 (60362464)
Project Period (FY) 2014-07-10 – 2019-03-31
Keywords低酸素 / 代謝リモデリング / 癌 / 休眠 / 初代培養
Outline of Annual Research Achievements

癌組織の内部環境は低酸素であり、低酸素は癌の転移などの悪性化や治療抵抗性と密接に関連している。我々の開発した癌細胞初代培養法Cancer Tissue-Originated Spheroid 法(CTOS 法)は、分化状態に代表される患者腫瘍の特性を維持しており、これまでin vitro実験系が存在しなかったためにほとんど解明されていない癌細胞におけるdormancy (休眠)誘導の分子メカニズムを明らかにするために有用である。
分化制御については、昨年度までに子宮頚部小細胞神経内分泌癌に由来するCTOSの一例は腺癌にも分化できること、低酸素で神経内分泌的性質が低下することを明らかにしていた。CTOSの単細胞および移植腫瘍における組織型ごとの遺伝子発現解析を行い、この腫瘍細胞は単に二つの組織型からなるのではなく、中間的な細胞を多く含んでいることを明らかにした。
これまで大腸癌CTOSを用い、常酸素下でのハイスループットスクリーニングを浮遊培養系で行った。dormancyのスクリーニング系にはECM包埋下がより適していることから、ECM濃度を最適化したハイスループットスクリーニングに適した評価系を確立した。標的既知の阻害剤パネルをスクリーニングし、dormancy細胞を障害する候補薬を得た。
腸管腫瘍形成において腸管上皮細胞内の低酸素関連因子HIF1およびHIF2が果たす役割を検討するため、Apc/Hif1FLまたはHif2FL/Villin-CreERT2複合変異マウスを作出した。腸管上皮細胞特異的にHIF1遺伝子の欠損が誘導されることを確認した。HIF1の欠損により腸管腫瘍形成数が影響されるか解析中である。また、MyD88とHIF1が協調してApc変異マウスの腸管腫瘍形成を促進する可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

低酸素下でのがん細胞の分化制御について、分化状態が維持されているCTOSを用いて研究を行った。これまでに子宮頚部小細胞神経内分泌癌に由来するCTOSの一例が、患者腫瘍と同様に小細胞癌だけでなく腺癌にも分化できること、遺伝子マーキングによる単細胞追跡を行い単細胞から両成分が生み出されていることを証明した。さらに分化方向を規定する因子が低酸素であることを明らかにしていた。昨年度は低酸素応答がHIFとNotchを介していることを明らかにした。また、CTOSの単細胞および移植腫瘍における組織型ごとの遺伝子発現解析を行い、この腫瘍細胞は単に二つの組織型からなるのではなく、中間的な細胞を多く含んでいることを明らかにし論文投稿した。
これまで大腸癌CTOSを用い、常酸素下でのハイスループットスクリーニングを浮遊培養系で行ってきた。一方、dormancyのスクリーニング系にはECM包埋下がより適していることが判明していたので、最適なマトリゲル濃度を確定した。同時にこれに適した培養、評価系も確立し、標的既知の阻害剤パネル90薬剤を用いてスクリーニングを実施し、dormancy細胞を障害する候補薬を得た。候補薬のうち3剤は共通の分子標的を持ち、この経路がdormancy に必須であることも明らかにした。
これまでのメタボロームの解析結果よりdormancyで特異的に上昇する代謝物Xを同定し、その合成酵素Y, Zに着目してノックダウン等の実験を行ったが、低酸素でZ合成酵素自体の発現が蛋白レベルで劇的に低下していることまでは既に明らかにしていたが、昨年度は特記すべき進展はなかった。
Apc/Hif1FL/Villin-CreERT2およびApc/Hif2FL/Villin-CreERT2マウスの作出に時間を要し、マウスを用いた生体レベルでの解析がやや遅れている。

Strategy for Future Research Activity

低酸素下でのがん細胞の分化制御について、分化状態が維持されているCTOSを用いて研究を行う。分化転換は腫瘍の低酸素適応の一つである可能性がある。これまでに子宮頚部小細胞神経内分泌癌に由来するCTOSの一例が腺癌にも分化できること、この腫瘍細胞は単に二つの組織型からなるのではなく、中間的な細胞を多く含んでいることを明らかにしたので、この中間的な細胞を含めた分化転換の系譜を明らかにする。
Dormancy CTOSを障害する薬剤をスクリーニングの結果同定したので、本標的分子による細胞死の様式やdormancy における役割を詳細に解析する。CTOS移植腫瘍マウスを本分子標的薬単剤あるいは増殖を標的とした薬剤との併用療法で治療し、dormancy標的化が治療として有効であることのproof of concept取得を目指す。
メタボロームからのdormancyへのアプローチに関しては、今年度は候補metaboliteを制御する分子に関して、ノックダウン細胞のメタボローム解析を進め、当該分子をノックダウンすることで目的とする代謝物が本当に低下するかどうかを検討する。また、CTOSのライン数を4ラインに増やし、dormant条件下で上昇する代謝物が同一であるかどうかを検討する。
作出したApc/Hif1FLまたはHif2FL /Villin-CreERT2複合変異マウスについて、in vivoでの解析を継続する。また、腫瘍形成におけるMyD88とHIF1の作用について、ヒト大腸がん細胞株やマウス腸管組織由来のオルガノイド培養を用いたin vitroでの解析を行う。これらの解析により、腸管腫瘍形成におけるHIFの生体レベルと細胞レベルでの役割、そして適切な低酸素応答の重要性を明らかにする。

  • Research Products

    (40 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 1 results) Presentation (28 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] The University of Texas at Dallas(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      The University of Texas at Dallas
  • [Journal Article] Spheroid Cultures of Primary Urothelial Cancer Cells: Cancer Tissue-Originated Spheroid (CTOS) Method2018

    • Author(s)
      Yoshida Takahiro、Okuyama Hiroaki、Endo Hiroko、Inoue Masahiro
    • Journal Title

      Methods Mol Biol

      Volume: 1655 Pages: 145~153

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-7234-0_12

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The distinct metabolic phenotype of lung squamous cell carcinoma defines selective vulnerability to glycolytic inhibition2017

    • Author(s)
      Goodwin Justin、Neugent Michael L.、Lee Shin Yup、Choe Joshua H.、Choi Hyunsung、Jenkins Dana M. R.、Ruthenborg Robin J.、Robinson Maddox W.、Jeong Ji Yun、Wake Masaki、Abe Hajime、Takeda Norihiko、Endo Hiroko、Inoue Masahiro、Xuan Zhenyu、Yoo Hyuntae、Chen Min、Ahn Jung-Mo、Minna John D.、Helke Kristi L.、et.al.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 8 Pages: 15503~15503

    • DOI

      10.1038/ncomms15503

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Tumor microenvironment confers mTOR inhibitor resistance in invasive intestinal adenocarcinoma2017

    • Author(s)
      Fujishita T、Kojima Y、Kajino-Sakamoto R、Taketo M M、Aoki M
    • Journal Title

      Oncogene

      Volume: 36 Pages: 6480~6489

    • DOI

      10.1038/onc.2017.242

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Global metabolic reprogramming of colorectal cancer occurs at adenoma stage and is induced by MYC2017

    • Author(s)
      Satoh K、Yachida S、Sugimoto M、Oshima M、Nakagawa T、Akamoto S、Tabata S、Saitoh K、Kato K、Sato S、Igarashi K、Aizawa Y、Kajino-Sakamoto R、Kojima Y、Fujishita T、Enomoto A、Hirayama A、Ishikawa T、Taketo M Mark、Kushida Y、Haba R、Okano K、Tomita M、Suzuki Y、Fukuda S、Aoki M、Soga T
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 114 Pages: E7697~E7706

    • DOI

      10.1073/pnas.1710366114

  • [Journal Article] Association between ABCG2 and SLCO1B1 polymorphisms and adverse drug reactions to regorafenib: a preliminary study?2017

    • Author(s)
      Maeda Akimitsu、Ando Hitoshi、Ura Takashi、Komori Azusa、Hasegawa Ayako、Taniguchi Hiroya、Kadowaki Shigenori、Muro Kei、Tajika Masahiro、Kobara Makiko、Matsuzaki Masahide、Hashimoto Naoya、Maeda Mieko、Kojima Yasushi、Aoki Masahiro、Kondo Eisaku、Mizutani Akiyoshi、Fujimura Akio
    • Journal Title

      Int. Journal of Clinical Pharmacology and Therapeutics

      Volume: 55 Pages: 409~415

    • DOI

      10.5414/CP202788

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Differences in Urinary Renal Failure Biomarkers in Cancer Patients Initially Treated with Cisplatin2017

    • Author(s)
      Maeda A, Ando H, Ura T, Muro K, Aoki M, Saito K, Kondo E, Takahashi S, Ito Y, Mizuno Y, Fujimura A
    • Journal Title

      Anticancer Research

      Volume: 37 Pages: 5235~5339

    • DOI

      doi: 10.21873/anticanres.11947

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] CTOS法を用いた大腸がん細胞培養と医療応用2017

    • Author(s)
      3.井上正宏
    • Journal Title

      最新医学

      Volume: 72 Pages: 903~909

  • [Journal Article] がんオルガノイド×Drug Screening CTOS法を利用したオルガノイド作成とドラッグスクリーニング2017

    • Author(s)
      4.近藤純平, 井上正宏
    • Journal Title

      実験医学

      Volume: 35 Pages: 2714~2719

  • [Journal Article] 個別化医療とがん細胞三次元培養2017

    • Author(s)
      5.井上正宏
    • Journal Title

      創薬のひろば

      Volume: 7 Pages: 24-27

  • [Journal Article] 細胞集塊によるがんの浸潤・転移研究 がん細胞塊初代培養法が明らかにするがんの新しい姿2017

    • Author(s)
      近藤純平, 遠藤洋子, 井上正宏
    • Journal Title

      日本臨床

      Volume: 75 Pages: 315~320

  • [Presentation] がん初代三次元培養法の創薬支援・個別化医療への応用2018

    • Author(s)
      井上正宏
    • Organizer
      大阪母子医療センター 平成29年度 第4回 小児がん研修セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 子宮頸部小細胞癌・腺癌混合腫瘍の分化と低酸素の役割2018

    • Author(s)
      久保田哲、田中稔恵、岩本一成、中嶋綾、遠藤洋子、近藤純平、吉野潔、上浦祥司、木村正、岡田眞里子、橋本真一、井上正宏
    • Organizer
      酸素生物学・ダイイングコード合同若手会議
  • [Presentation] 初代がん細胞三次元培養法とその応用2017

    • Author(s)
      井上正宏
    • Organizer
      第27回日本サイトメトリー学会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] 大腸癌三次元初代培養を用いたハイスループットスクリーニングと30例のパネルを用いた検証2017

    • Author(s)
      井上正宏
    • Organizer
      第21回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • [Presentation] 浸潤性腸がんのmTOR阻害薬抵抗性獲得にはがん微小環境が関与する2017

    • Author(s)
      青木正博、藤下晃章
    • Organizer
      第21回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • [Presentation] 肺がん細胞株を用いた休眠がん細胞標的薬剤の治療有効性評価2017

    • Author(s)
      遠藤みのり. 門之園哲哉. 酒井 栞. 口丸高弘. 井上正宏. 近藤科江
    • Organizer
      第21回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • [Presentation] Metabolomic imaging of colorectal tumors in mice and humans2017

    • Author(s)
      Shimma S, Kojima Y, Aoki M, Takeo E, Soga T.
    • Organizer
      13th Annual Conference of the Metabolomics Society METABOLOMICS 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] がん悪液質の代謝異常2017

    • Author(s)
      青木正博、小島康、曽我朋義
    • Organizer
      第5回がんと代謝研究会
  • [Presentation] 大腸がん代謝のマルチオミックス解析2017

    • Author(s)
      佐藤清敏、谷内田真一、杉本昌弘、田畑祥、梶野リエ、小島康、平山明由、青木正博、曽我朋義
    • Organizer
      第5回がんと代謝研究会
  • [Presentation] 新規大腸がん転移抑制因子HNRNPLLは上皮間葉転換においてCD44の選択的スプライシングを制御する2017

    • Author(s)
      青木正博
    • Organizer
      第26回日本がん転移学会学術集会
  • [Presentation] Phenotypic plasticity of the primary cultured cancer cell spheroids2017

    • Author(s)
      Masahiro Inoue
    • Organizer
      The 72nd Fujihara Seminar (International Symposium on Molecular Mechanism of Molding and Disruption of the Epigenomes Underlying Cellular Community)
    • Invited
  • [Presentation] がん悪液質マウスモデルにおける全身的代謝異常2017

    • Author(s)
      青木正博、小島康、曽我朋義
    • Organizer
      第26回日本がん転移学会学術集会
  • [Presentation] 腸管腫瘍の薬剤抵抗性獲得におけるEGF受容体の役割2017

    • Author(s)
      藤下晃章、津田都子、小島康、武藤誠、青木正博
    • Organizer
      第26回日本がん転移学会学術集会
  • [Presentation] エルロチニブとトラメチニブの併用投与はcis-Apc/Smad4マウスの腸管腺がん形成を抑制する2017

    • Author(s)
      津田都子、藤下晃章、小島康、武藤誠、青木正博
    • Organizer
      第26回日本がん転移学会学術集会
  • [Presentation] Apc+/Δ716マウスの腸管腫瘍形成において腸上皮細胞のMyD88が果たす役割の解析2017

    • Author(s)
      梶野リエ、藤下晃章、武藤誠、青木正博
    • Organizer
      第26回日本がん転移学会学術集会
  • [Presentation] 新規がん悪液質マウスモデルの表現型解析2017

    • Author(s)
      小島康、曽我朋義、武藤誠、青木正博
    • Organizer
      第26回日本がん転移学会学術集会
  • [Presentation] 転写共役因子TAZは、IL-1βの転写活性を介して悪性中皮腫の進展を促進する2017

    • Author(s)
      向井智美、松下明弘、佐藤龍洋、藤下晃章、青木正博、関戸好孝
    • Organizer
      第76回日本癌学会学術総会
  • [Presentation] 肺がん細胞株を用いた休眠がん細胞標的薬剤の作用機構の解析2017

    • Author(s)
      酒井 栞. 門之園哲哉. 遠藤みのり. 口丸高弘. 井上正宏. 近藤科江
    • Organizer
      第76回日本癌学会学術総会
  • [Presentation] HNRNPLLは大腸がん細胞のEMTとMETにおける形質変化に関与する2017

    • Author(s)
      佐久間圭一朗、青木正博
    • Organizer
      第26回日本がん転移学会学術集会
  • [Presentation] Cancer Tissue-Originated Spheroid, Clinical Applications and Usefulness2017

    • Author(s)
      Masahiro Inoue
    • Organizer
      The 6th Asian Robotic Camp for Colorectal Surgeons(ARCCS 2014)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 子宮頚部小細胞の低酸素下での分化形態について2017

    • Author(s)
      井上正宏
    • Organizer
      第15回がんとハイポキシア研究会
  • [Presentation] 大腸癌CTOS(Cancer tissue-originated spheroid)を用いた薬剤感受性ハイスループットスクリーニング法の開発2017

    • Author(s)
      近藤純平. 遠藤洋子. 江川智哉. 井上正宏
    • Organizer
      第15回がんとハイポキシア研究会
  • [Presentation] CTOS培養法と臨床応用2017

    • Author(s)
      井上正宏
    • Organizer
      日本動物実験代替法学会 第30回大会
  • [Presentation] ALK陽性肺がん細胞株による休眠がん細胞標的薬剤の薬効評価2017

    • Author(s)
      遠藤みのり. 門之園哲哉. 酒井 栞. 口丸高弘. 井上正宏. 近藤科江
    • Organizer
      2017年度生命科学系学会合同年次大会(第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学大会)
  • [Presentation] 細胞間接着を維持してがん細胞を調製・培養するCTOS法の開発と応用2017

    • Author(s)
      井上正宏
    • Organizer
      2017年度生命科学系学会合同年次大会(第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学大会)
  • [Presentation] Apc 変異マウスの腫瘍形成における腸管上皮細胞 MyD88の役割の解析2017

    • Author(s)
      青木正博
    • Organizer
      2017年度生命科学系学会合同年次大会(第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学大会)
  • [Presentation] CTOS法の開発と応用2017

    • Author(s)
      井上正宏
    • Organizer
      第1回三次元培養研究会
    • Invited
  • [Presentation] Drug screening by use of a panel of primary cultured cancer spheroids derived from clinical tumor samples2017

    • Author(s)
      Jumpei Kondo. Shingo Dan. Seiichi Mori. Masahiro Inoue
    • Organizer
      The 22nd JFCR-ISCC(第22回がん研究会―国際がん化学療法シンポジウム)
    • Invited
  • [Remarks] 愛知県がんセンター研究所 がん病態生理学分野HP

    • URL

      http://www.pref.aichi.jp/cancer-center/ri/01bumon/07bunshi_byotai/index.html

URL: 

Published: 2018-12-17  

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