正常上皮細胞と変異細胞間に生じる細胞競合の分子メカニズムの解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Cell competition: a mechanism for survival of the fittest in the multi-cellular community
• Project/Area Number: 26114008
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 藤田 恭之 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 教授 (50580974)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 伊藤 俊樹 神戸大学, バイオシグナル総合研究センター, 教授 (30313092)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 細胞競合

Outline of Annual Research Achievements

本研究は新学術領域班において、正常上皮細胞と変異細胞間に生じる細胞競合の分子メカニズムの解明を担当し、異なる細胞間の境界で特異的に機能する分子群を様々な手法にて同定・解析することを大きな目的としている。さらに、細胞競合マウスモデルシステムを用いて、スクリーニングで同定された分子の機能を解析することを目指している。特に、本研究では正常上皮細胞に隣接する変異細胞側に生じる細胞非自律的な変化に焦点を当てて解析を進めている。平成２８年度は変異細胞に生じる２つのプロセスについて大きく研究が進展し、論文として発表することができた。
まず、正常上皮細胞に囲まれたRas変異細胞において、Rab5が細胞非自律的に集積し、またクラスリン依存性エンドサイトーシスが亢進していることを見出した。さらに、この変異細胞におけるエンドサイトーシスの亢進が、変異細胞の上皮細胞層からの排除に重要な働きを果たしていることが分かった。それに加えて、正常上皮細胞との細胞間接着部位においてE-カドヘリンのエンドサイトーシスが亢進していること、エンドサイトーシスの亢進が変異細胞内における細胞骨格タンパク質EPLINの集積を誘起していることも明らかにした。これらの知見についてはPNAS誌に発表した。
さらに、正常上皮細胞に囲まれたRas変異細胞において、ミトコンドリアの活性低下と解糖経路の活性化が生じていることが分かった。またミトコンドリアの活性低下はPDK４の発現上昇によってもたらされていることを突き止めた。さらに、PDK阻害剤の添加によって、Ras変異細胞の上皮層からの排除が抑制されることが明らかになった。これらのデータは、がんの超初期段階においてWarburg効果様の代謝変化が生じ、またその発生に細胞競合が関与していることを示している。これらの知見については、Nature Cell Biology誌にアクセプトされた。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究では、正常上皮細胞に囲まれた変異細胞内において生じる細胞非自律的な変化の解明を目指すものである。これまでに研究は当初の計画を越え、順調に進展している。平成２６年度にEPLINとVASPという二つの重要な制御因子を同定し、それぞれについて論文で発表した（Anton et al., 2014, JCS; Ohoka et al., 2015, JCS）。さらに、平成２７年度は、エンドサイトーシスと代謝変化という二つの細胞プロセスが細胞競合に関与することを突き止め、それぞれ一流誌に論文がアクセプロされた（Saitoh et al., PNAS, 2017; Kon et al., Nature Cell Biology）。さらに、スクリーニングによって複数の分子の同定に成功しており、これらの機能解析によって正常細胞と変異細胞間に生じる細胞競合の全貌が明らかになることが大いに期待できる。また、最近新たにマウス体内の様々な上皮組織にがん原性の変異をタモキシフェン投与によってモザイク様に誘導することのできる新たな細胞競合マウスモデルを開発することに成功した。現在様々な上皮組織における細胞競合現象を解析中であるが、がん遺伝子の変異の重ね合わせによって細胞競合現象が大きく影響を受けることや、上皮組織によって細胞競合発生の頻度が異なることなど、興味深い知見が次々と明らかになっている。このように研究は順調に進展しており、これからの２年間の研究発展が大いに期待できる。

Strategy for Future Research Activity

平成２８年度に明らかにしたエンドサイトーシスとWarburg効果様の代謝変化については、その上流及び下流で機能する分子群の同定・機能解析を進めていく。実際に、オートファジーやERストレスが細胞競合現象に関与していることを掴みつつあり、これらの知見をさらに発展させていく。さらに、さまざまなスクリーニングを継続するとともに、これまでのスクリーニングで同定した分子については、その機能解析を哺乳類培養細胞系とマウスモデルを用いて推進していく。それに加えて、最近確立した新規細胞競合マウスモデルを用いて、細胞競合がどのようにがん化に関与しているかを詳細に調べていく。
また研究分担者とともに、正常上皮細胞と変異細胞間に生じる細胞競合への脂質の関与についても研究を進めていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Cardiff/University College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University of Cardiff/University College London
• [Int'l Joint Research] University of Bern(スイス)
  • Country Name: SWITZERLAND
  • Counterpart Institution: University of Bern
• [Journal Article] Plectin is a novel regulator for apical extrusion of RasV12-transformed cells. (2017)
  • Author(s): Kadeer, A., Maruyama, T., Kajita, M., Morita T., Sasaki, A., Ohoka, A., Ishikawa, S., Ikegawa, M., Shimada, T., and Fujita, Y.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 44328
  • DOI: doi: 10.1038/srep44328
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rab5-regulated endocytosis plays a crucial role in apical extrusion of transformed cells. (2017)
  • Author(s): Saitoh, S., Maruyama, T., Yako, Y., Kajita, M., Fujioka, Y., Ohba, Y., Kasai, N., Sugama, N., Kon, S., Ishikawa, S., Hayashi, T., Yamazaki, T., Tada, M., and Fujita, Y.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA Volume: 114 Pages: E2327-E2336
  • DOI: 10.1073/pnas.1602349114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] MDCK cells expressing constitutively active Yes-associated protein (YAP) undergo apical extrusion depending on neighboring cell status. (2016)
  • Author(s): Chiba, T., Ishihara, E., Miyamura, N., Narumi, R., Kajita, M., Fujita, Y., Suzuki, A., Ogawa, Y. and *Nishina, H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 28383
  • DOI: 10.1038/srep28383
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] EphA2 Drives the Segregation of Ras-Transformed Epithelial Cells from Normal Neighbors. (2016)
  • Author(s): Porazinski,S., Navascues, J., Yako, Y., Hill, W., Jones, M.R., Maddison, R., Fujita, Y., and Hogan, C.
  • Journal Title: Current Biology Volume: 5 Pages: 3220-3229
  • DOI: 10.1016/j.cub.2016.09.037.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 正常上皮細胞と変異細胞間に生じる細胞競合 (2017)
  • Author(s): 藤田 恭之
  • Organizer: 第16回日本再生医療学会総会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（仙台市）
  • Year and Date: 2017-03-07 – 2017-03-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cell competition and Warburg effect」 (2016)
  • Author(s): 藤田 恭之
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cell competition and Warburg effect」 (2016)
  • Author(s): 藤田 恭之
  • Organizer: Cell Competition, Apoptosis and Cancer
  • Place of Presentation: Fundacion Ramon Areces, Spain
  • Year and Date: 2016-10-25 – 2016-10-26
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 細胞競合がもたらすワーブルグ効果様の代謝変化 (2016)
  • Author(s): 藤田 恭之
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2016-10-06 – 2016-10-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] EDAC(Epitherial Defence Against Cancer) (2016)
  • Author(s): 藤田 恭之
  • Organizer: 第25回日本Cell Death 学会学術集会
  • Place of Presentation: きゅりあん（品川区立総合区民会館）（東京都品川区）
  • Year and Date: 2016-09-10
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Cell competition in mammalian carcinogenesis (2016)
  • Author(s): 藤田 恭之
  • Organizer: CELL COMPETITION IN FLIES AND MICE in The Allied Genetics Conference 2016
  • Place of Presentation: Orlando World Center Marriott, USA
  • Year and Date: 2016-07-13 – 2016-07-17
  • Int'l Joint Research / Invited