がん幹細胞化に関与するSphere形成メカニズムを標的とした革新的治療開発

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05792
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 前原 喜彦 九州大学, 医学研究院, 教授 (80165662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 播本 憲史 九州大学, 大学病院, その他 (00419582) ; 原田 結 九州大学, 薬学研究院, 助教 (00608507) ; 馬場 秀夫 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (20240905) ; 赤星 朋比古 九州大学, 医学研究院, 准教授 (20336019) ; 松本 拓也 国際医療福祉大学, 医学部, 主任教授 (20374168) ; 飯森 真人 九州大学, 薬学研究院, 助教 (20546460) ; 北尾 洋之 九州大学, 薬学研究院, 教授 (30368617) ; 吉野 一郎 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (40281547) ; 米満 吉和 九州大学, 薬学研究院, 教授 (40315065) ; 池田 哲夫 九州大学, 大学病院, 准教授 (60585701) ; 調 憲 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (70264025) ; 相島 慎一 佐賀大学, 医学部, 教授 (70346774) ; 武冨 紹信 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70363364) ; 沖 英次 九州大学, 大学病院, 助教 (70380392) ; 内山 秀昭 九州大学, 大学病院, 助手 (70380425) ; 掛地 吉弘 神戸大学, 医学研究科, 教授 (80284488) ; 佐伯 浩司 九州大学, 大学病院, 助教 (80325448) ; 吉住 朋晴 九州大学, 医学研究院, 准教授 (80363373) ; 池上 徹 九州大学, 大学病院, 助教 (80432938) ; 岡本 龍郎 大分大学, 医学部, 准教授 (80568626) ; 伊藤 心二 九州大学, 大学病院, その他 (90382423) ; 庄司 文裕 九州大学, 大学病院, 助教 (90444851) ; 副島 雄二 九州大学, 大学病院, 助教 (30325526) ; 古山 正 九州大学, 大学病院, その他 (00419590) ; 原田 昇 九州大学, 大学病院, その他 (80419580) ; 中島 雄一郎 九州大学, 医学研究院, 助教 (40733564) ; 山下 奈真 九州大学, 大学病院, 助教 (60608967) ; 中西 良太 九州大学, 大学病院, 助教 (90771254) ; 本村 貴志 九州大学, 大学病院, 特別教員 (50719507) ; 豊川 剛二 九州大学, 大学病院, 助教 (30627261) ; 間野 洋平 九州大学, 医学研究院, 助教 (10792244) ; 田川 哲三 九州大学, 大学病院, その他 (90419557) ; 杉山 雅彦 独立行政法人国立病院機構(九州がんセンター臨床研究センター), その他部局等, 消化管外科医師 (40751079)
• Project Period (FY): 2015-05-29 – 2020-03-31
• Keywords: sphere / 腹膜播種 / plasma fibronectin / Type IVcollagen

Outline of Annual Research Achievements

がん幹細胞仮説とニッチ
がん細胞は部位に依存しない無制限増殖能、浸潤能、転移能をもつ細胞であるが、臨床で遭遇するがんを形成する全てのがん細胞がこれらの性質を持っているとは限らず、がん細胞の一部が自己複製能や多分化能という幹細胞と同様の性質を持ち、がん組織中で自己複製を繰り返しつつ、分化してがん細胞集団となっていると考えられている。この考えは「がん幹細胞仮説」とも呼ばれる。
このがん幹細胞は化学療法や放射線などの治療へ抵抗性を示すために残存しやすく、再発・転移の原因となる可能性がある。従って、がん幹細胞を標的とした治療法を確立することで再発、転移のリスクが少ない新しいがん治療が構築できるものと期待されている。
Sphere形成とがん幹細胞
がん幹細胞の研究手法は再生医療の研究と相まって飛躍的に進んでいる。がん幹細胞研究の代表的な in vitro 評価系である “sphere formation assay” により、sphere 形成はがん幹細胞を濃縮すると考えられているがその詳細な分子生物学的機序については不明である。研究代表者らは、「Sphere Biology」という概念を立ち上げ、その独特な低栄養・低酸素環境に起因すると考えられる変化こそが腹膜播種などに見られる悪性化の一因であることを突き止めた。
本研究における「Sphere Biology」という新しい概念の分子生物学的観点からの理解により、がん幹細胞研究分野や再生医療分野へ直接的、間接的に成果を還元できるという点で特徴がある。本研究において、Sphere 形成とがん幹細胞の関係やがん幹細胞のニッチを同定し、これらの分子生物学的特性を解析することによって、がん幹細胞を狙い撃ちすることができる治療標的分子を同定する事が可能となる。さらに、既存の治療法と組み合わせることで、がん治療のブレークスルーになりうる可能性がある。

Current Status of Research Progress

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

Reason

がんの難治性に関わるメカニズムとして『Sphere 形成』に着目し、「Sphere Biology」研究を推進することで、その発生機序の解明が嘱望されていた消化器がん並びに卵巣がんの最も進行した病態かつ極めて予後不良である腹膜播種の全容を解明するに至った（Kasagi Y, et al. Cancer Res, 76:347-357, 2016）。その全貌は驚くべきもので、腹腔内に播種された腫瘍細胞は腹腔内に存在するplasma fibronectin 及びType IVcollagen を用いて速やかに（6 時間程度以内に）凝集し、sphereを形成しつつそのプロセスで多様な腹腔内タンパクを利用し、さらにがん細胞内のシグナル伝達が変化して転移に都合の良いがん微小環境を形成するというものであった。このようにして形成された腹膜播種結節は、その背景にsphere 形成とそれに起因する微小環境との相互作用が存在することで、各種化学療法剤に対する抵抗性が極めて高いため、現行の治療法は生命予後の改善に繋がっていないことが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

Sphereをターゲットとして行われたスクリーニングで得られた腹膜播種モデルに著効する化合物、PD0325901について、臨床開発の検討を開始した。ところが、当該化合物は過去に行われた別疾患に対する治験において、霧視が発現することが明らかになったことで開発が中止された経緯がある。当時の開発元であるPfizer社によると、現在も米国において他疾患に対して医師主導治験が実施中であることもあり、国内での提供は不可能との判断であった。そこで、我々は当該有害事象がMEK inhibitorによるon-targetによるものなのか否かを調査した。その結果、複数のMEK inhibitorで同様の症状を呈しており、中には不可逆的なものも含まれ得ることが分かった。
そこで、我々は自身のスクリーニング結果に立ち返り、MEK inhibitorではないもう一つのHit化合物にも着目し、MEK inhibitorの効果と合わせて”true target”の探索を開始することとした。即ち、詳細はH30年度以降の研究計画に記すが、同じくSphereに対して著効するTriptolideはHsp70を阻害するという報告が一部にあるものの、Sphere破壊に関するメカニズムは一切不明である。それにも関わらず、ミネソタ大学による基礎検討によれば、膵臓癌細胞株を用いたマウス腹膜播種モデルに劇的に奏功し、腹水の著明な現象と生存期間の大幅な改善が見られたという。そこで、両化合物（PD0325901, Triptolide）を作用させたSphereに起こる現象を詳細に解析することで、狙うべき創薬ターゲットを見出す方針とした。

Research Products

• [Journal Article] Protein Expression of Programmed Death 1 Ligand 1 and HER2 in Gastric Carcinoma. (2017)
  • Author(s): Oki E, Okano S, Saeki H, Umemoto Y, Teraishi K, Nakaji Y, Ando K, Zaitsu Y, Yamashita N, Sugiyama M, Nakashima Y, Ohgaki K, Oda Y, Maehara Y.
  • Journal Title: Oncology Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1159/000479231
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Expression of CCAT2, a Novel Long Noncoding RNA Transcript, and rs6983267 Single- Nucleotide Polymorphism Genotypes in Colorectal Cancers. (2017)
  • Author(s): Kasagi Y, Oki E, Ando K, Ito S, Iguchi T, Sugiyama M, Nakashima Y, Ohgaki K, Saeki H, Mimori K, Maehara Y.
  • Journal Title: Oncology Volume: 92 Pages: 48-54
  • DOI: 10.1159/000452143
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Characterization of drug resistant cancer stem-like cells and elucidation of the maintenance mechanisms (2017)
  • Author(s): 小野尚美、原田結、佐伯浩司、沖英次、米満吉和、前原喜彦
  • Organizer: 日本消化器がん発生学会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 規則的に配置された同一サイズのスフェロイド群及びその利用 (2017)
  • Inventor(s): 原田 結、諸富洋介、寺石紘司、米満吉和
  • Industrial Property Rights Holder: 原田 結、諸富洋介、寺石紘司、米満吉和
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2016-037519