老化ストレスシグナルによる腸管上皮幹細胞制御機構の解明

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Establishing a new paradigm of the pathogenesis of diseases through the understanding of stem cell aging
• Project/Area Number: 26115007
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 佐藤 俊朗 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 准教授 (70365245)
• Project Period (FY): 2014-07-10 – 2019-03-31
• Keywords: 大腸癌 / 炎症性腸疾患 / オルガノイド / 幹細胞 / 老化

Outline of Annual Research Achievements

腸管上皮細胞は腸内細菌や食餌抗原などの様々な異物に対するバリアーとなるとともに，‘生理的炎症’に常に曝されている。このような過酷な環境において，腸管上皮幹細胞は遺伝子変異やエピゲノム変化を加齢とともに蓄積していくと考えられる。このようなステムセルエイジングは，加齢に伴う大腸がんの発症率上昇や潰瘍性大腸炎のがん化に寄与すると考えられる。我々は，通常の大腸がんも含め，慢性的な炎症ストレスシグナルがステムセルエイジングを介した発がんを導くと考え，本研究を考案した。佐藤らはこれまで不可能であった腸管上皮幹細胞培養技術の開発に成功し，幹細胞の加齢現象を細胞生物学的に追及することができる（Nature 2009, Nature Medicine 2011）。 既に，ヒト腸管上皮幹細胞はマウスに比し細胞ストレスに対して高い感受性をもつことを見出しており(Gastroenterology　2011)，長寿命であるヒトの組織を用いたステムセルエイジング研究に着目した。本研究は加齢に伴う腸管上皮幹細胞の（エピ）ゲノム・トランスクリプト―ム変化と幹細胞機能異常を包括的に理解し，加齢を誘導する分子およびシグナル機構を解明することを目的とする。さらに，加齢分子メカニズムに基づいた人工的な加齢誘導モデルを作製し，加齢変化を抑制する全く新しい発がん予防治療の創出を目指す。また，包括的ゲノムデータを数理化し，ステムセルエイジングによる大腸がんハイリスクグループの予測を目指す。慢性炎症による発がんは本邦で発症率の高い慢性胃炎や慢性肝炎などを背景とするため，本研究の成果は我が国のライフサイエンスの進展ならびに健康長寿社会の実現につながると考える。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成26年度に計画していた，潰瘍性大腸炎患者及び健常者の臨床大腸粘膜サンプルからのオルガノイドクローン樹立ならびにエキソーム解析を15検体終了している。また，TP53変異を可視化したVillinCreER/RosaLacZ/TP53fl/flマウスに Dextran Sodium Sulfateの定期的投与を行い，TP５３変異腸管上皮クローンの腸炎による領域拡大への寄与を検討した。TP53変異頻度と腸炎の期間に応じて大腸がんを発症頻度が変化することを見出し，九州大学　波江野共同研究者との数理モデルのためのデータ収集を行っている。現在まで，実験計画は計画通り進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

研究は計画通り進んでおり，また，当該研究室でこれまでに蓄積されたオルガノイド技術のノウハウを有効利用することにより，順調に研究を推進できると考えている。また，ヒト疾患におけるステムセルエイジングの関与を臨床サンプルを用いた研究手法から解明していく。

Research Products

• [Journal Article] Visualization and Targeting of LGR5+ Human Colon Cancer Stem Cells (2017)
  • Author(s): Shimokawa M, Ohta Y, Nishikori S, Matano M, Takano A, Fujii M, Date S, Sugimoto S, Kanai T, Sato T
  • Journal Title: Nature Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1038/nature22081
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cell competition with normal epithelial cells promotes apical extrusion of transformed cells through metabolic changes. (2017)
  • Author(s): Kon S,Ishibashi K,Katoh H,Kitamoto S,Shirai T,Tanaka S,Kajita M,Ishikawa S,Yamauchi,Yako Ｙ, Kamasaki T,Nishikawa A,Kameda I, Maruyama T,Narumi R,Morita T,Sasaki Y,Enoki R,Honma S,Imamura H,Oshima M,Soga T,Miyazaki J,Duchen MR, Nam J,Onodera Y,Yoshioka S,Kikuta J,Ishii M, Imajo M,Nishida E,Fujioka Y,Ohba Y,Sato T
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: 19 Pages: 530-541
  • DOI: 10.1038/ncb3509
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] IL-22BP dictates characteristics of Peyer's patch follicle-associated epithelium for antigen uptake (2017)
  • Author(s): Jinnohara T, Kanaya T, Hase K, Sakakibara S, Kato T, Tachibana N, Sasaki T, Hashimoto Y, Sato T, Watarai H, Kunisawa J, Shibata N, Williams I, Kiyono H, and Ohno H
  • Journal Title: J Exp Med Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expansion of adult human pancreatic tissue yields organoids harbouring progenitor cells with endocrine differentiation potential (2017)
  • Author(s): Loomans CJM, Giuliani NW, Balak J, Ringnalda F,van Gurp L, Huch M, Boj SF, Sato T, Kester L, de Sousa Lopes SMC, Roost MS, Bonner-Weir S, Engelse MA, Rabelink TJ, Heimberg H, Vries RGJ, van Oudenaarden A, Carlotti F, Clevers H, de Koning EJP
  • Journal Title: Science Translational Medicine Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Single Species of Clostridium Subcluster XIVa Decreased in Ulcerative Colitis Patients (2016)
  • Author(s): Takeshita K, Mizuno S, Mikami Y, Sujino T, Saigusa K, Matsuoka K, Naganuma M, Sato T, Takada T, Tsuji H, Kushiro A, Nomoto K, Kanai T
  • Journal Title: Inflamm Bowel Diｓ Volume: 22 Pages: 2802-2810
  • DOI: 10.1097/MIB.0000000000000972
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tissue-specific mutation accumulation in human adult stem cells during life (2016)
  • Author(s): Blokzijl F,de Ligt J,Jager M,Sasselli V,Roerink S,Sasaki N,Huch M,Boymans S,Kuijk E,Prins P, Nijman I,Martincorena I,Mokry M,Wiegerinck CL,Middendorp S,Sato T,Schwank G, Nieuwenhuis EES,Verstegen MMA,van der Laan LJW,de Jonge J,IJzermans JNM, Vries RG,van de Wetering M,Stratton MR,Clevers H,Cuppen E,van Boxtel R
  • Journal Title: Nature Volume: 238 Pages: 260-264
  • DOI: 10.1038/nature19768
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Zinc transporter SLC39A7/ZIP7 promotes intestinal epithelial self-renewal by resolving ER stress (2016)
  • Author(s): Ohashi W, Kimura S, Iwanaga T, Furusawa Y, Irie T, Izumi H, Watanabe T, Hijikata A, Hara T, Ohara O, Koseki H, Sato T, Robine S, Mori H, Hattori Y, Watarai H, Mishima K, Ohno H, Hase K, Fukada T
  • Journal Title: PLoS Genet Volume: 12 Pages: e1006349
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006349
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mule Regulates the Intestinal Stem Cell Niche via the Wnt Pathway and Targets EphB3 for Proteasomal and Lysosomal Degradation (2016)
  • Author(s): Dominguez-Brauer C, Hao Z, Elia AJ, Fortin JM, Nechanitzky R, Brauer PM, Sheng Y, Mana MD, Chio II, Haight J, Pollett A, Cairns R, Tworzyanski L, Inoue S, Reardon C, Marques A, Silvester J, Cox MA, Wakeham A, Yilmaz OH, Sabatini DM, van Es JH, Clevers H, Sato T, Mak TW
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 19 Pages: 205-216
  • DOI: 10.1016/j.stem.2016.04.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A colorectal tumor organoid library demonstrates progressive loss of niche factor requirements (2016)
  • Author(s): Fujii M, Shimokawa M, Date S, Takano A, Matano M, Ohta Y, Nanki K, Kawasaki K, Nakazato Y, Uraoka T, Watanabe T, Kanai T, Sato T
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 18 Pages: 827-838
  • DOI: 10.1016/j.stem.2016.04.003
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SETD7 controls intestinal regeneration and tumorigenesis by regulating Wnt/beta-catenin and Hippo/YAP signaling (2016)
  • Author(s): Oudhoff MJ, Braam MJS, Freeman SA, Wong D, Rattray DG, Want J, Antignano F, Snyder K, Refaeli I, Hughes MR, McNagny KM, Gold MR, Arrowsmith CH, Sato T, Rossi FMV, Tatlock JT, Owen D, Brown PJ, Zaph C
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: 37 Pages: 47-57
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2016.03.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 加齢・炎症ストレスの及ぼす腸管上皮幹細胞の分子遺伝学的変化．1PS18 ステムセルエイジング：老化の謎は解明できるか？ (2016)
  • Author(s): 佐藤俊朗，南木康作，下川真理子
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-11-30
• [Presentation] Visualization of Human Colon Cancer Stem Cells Using Organoid Technology. Princess Takamatsu Cancer Research Fund. (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: Current Status and Perspective of Cancer Stem Cell Research
  • Place of Presentation: Tokyo Palace Hotel(東京都千代田区)
  • Year and Date: 2016-11-08 – 2016-11-08
• [Presentation] Easy manipulation of the genome: CRISPR technology. Translational Basic Science Novel models for GI disease (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: UEGW 2016
  • Place of Presentation: Ｖienna （Ａustria）
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Disease modeling of human colorectal cancer. EMBO (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: EMBL Symposium
  • Place of Presentation: Heidelberg（Germany）
  • Year and Date: 2016-10-15 – 2016-10-15
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gut environments and human colorectal carcinogenesis. Symposium 17. The intestinal microflora and cancer (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato, Shinya Sugimoto, Mami Matano
  • Organizer: The 75th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • Place of Presentation: PACIFICO Yokohama (Yokohama,Kanagawa)
  • Year and Date: 2016-10-08 – 2016-10-08
• [Presentation] ヒト大腸がん発がん・がん幹細胞のゲノム編集を用いた機能解析 (2016)
  • Author(s): 佐藤俊朗．太田悠木，股野麻未，藤井正幸，下川真理子
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-25
• [Presentation] Disease Modeling of Colorectal Cancer Using Orgnaoids,Concurrent IV Disease modeling II. (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: ISSCR 2016
  • Place of Presentation: San Francisco（America)
  • Year and Date: 2016-07-25 – 2016-07-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Disease modeling of colorectal cancer using organoids (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: The 41st Naito Conference
  • Place of Presentation: CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO（Sapporo-shi, Hokkaido）
  • Year and Date: 2016-07-07 – 2016-07-07
• [Presentation] 腸管上皮オルガノイド培養の確立とその応用．特別企画２ 日本から世界に向けて発信されたトップ研究 (2016)
  • Author(s): 佐藤俊朗
  • Organizer: 第102回日本消化器病学会大会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-04-22 – 2016-04-22
• [Presentation] Intestinal Stem Cell Niche Signaling in Homeostatic and Diseased Epithelium. Session2. Gut homeostasis and IBD (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: The 5th International Forum of the 102nd General Meeting of the Japanese Society of Gastroenterology
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-04-21 – 2016-04-21
  • Int'l Joint Research