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

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05792
• Research Institution: Fukuoka Dental College
• Principal Investigator: 前原 喜彦 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 客員教授 (80165662)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 播本 憲史 群馬大学, 医学部附属病院, 講師 (00419582) ; 古山 正 九州大学, 大学病院, 講師 (00419590) ; 原田 結 九州大学, 薬学研究院, 准教授 (00608507) ; 間野 洋平 九州大学, 大学病院, 助教 (10792244) ; 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, 准教授 (20546460) ; 副島 雄二 九州大学, 大学病院, 准教授 (30325526) ; 北尾 洋之 九州大学, 薬学研究院, 教授 (30368617) ; 豊川 剛二 独立行政法人国立病院機構九州医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 呼吸器外科医師 (30627261) ; 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) ; 中島 雄一郎 九州大学, 医学研究院, 助教 (40733564) ; 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) ; 本村 貴志 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (50719507) ; 池田 哲夫 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 教授 (60585701) ; 山下 奈真 九州大学, 大学病院, 助教 (60608967) ; 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, 講師 (70380392) ; 内山 秀昭 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (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, 講師 (80325448) ; 吉住 朋晴 九州大学, 医学研究院, 准教授 (80363373) ; 原田 昇 九州大学, 大学病院, 講師 (80419580) ; 池上 徹 九州大学, 大学病院, 講師 (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, 助教 (90382423) ; 田川 哲三 九州大学, 大学病院, 助教 (90419557) ; 庄司 文裕 独立行政法人国立病院機構九州医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 呼吸器外科医師 (90444851) ; 中西 良太 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (90771254) ; 工藤 健介 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 臨床教授 (90801663) ; 木村 光一 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 臨床教授 (80755273) ; 安藤 幸滋 九州大学, 大学病院, 助教 (20608864) ; 森崎 浩一 九州大学, 大学病院, 助教 (30625801) ; 久保 信英 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (20811748)
• Project Period (FY): 2015-05-29 – 2020-03-31
• Keywords: 癌 / 外科 / 細胞・組織 / 薬剤反応性 / トランスレーショナルリサーチ

Outline of Annual Research Achievements

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ることを「がん幹細胞仮説」といい、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とされる。本研究代表者らは、この「がん幹細胞仮説」に加え、がんの難治性に関わるメカニズム解明として『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）。その結果を受けてSphereをターゲットとした薬物スクリーニングのためのシステム構築を開始、従来技術と比較して極めて高精度な技術を確立した（特願2016-37519：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、PCT/JP2017/007029）。本スクリーニング系では、東大創薬機構より既知化合物ライブラリの提供を受け、およそ3000化合物からMEKに対する阻害剤PD0325901などを取得した。
また、固形腫瘍の薬剤耐性メカニズムとしてがん幹細胞株によるNicheとの相互作用に着目し、イリノテカンのストレスを受けることで多様な役割分担を獲得し、それらが相互作用することで耐性を獲得するメカニズム“Self niche仮説”の、全容解明に向けた重要な足がかりを得ると共に、臨床検体での裏付けデータを取得した。加えて、同悪性化メカニズムに着目し、Sphere内部で発現するmiRNAの役割を元に、転移・浸潤能の観点から悪性化の本態を捉えるためのデータを取得した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

①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。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ことが明らかとなった。
②本研究の一つの基軸となるSphereをターゲットとした薬物スクリーニングのためのシステム構築を開始、従来技術と比較して極めて高精度な技術を確立し、実際の化合物を用いたスクリーニングを施行し、PD0325901やTriptolideなどの薬効を確認した。
③また、固形腫瘍の薬剤耐性メカニズムとしてがん幹細胞株によるNicheとの相互作用に着目し、イリノテカンのストレスを受けることで多様な役割分担を獲得し、それらが相互作用することで耐性を獲得するメカニズム“Self niche仮説”の、全容解明に向けた重要な足がかりを得た。加えて、同悪性化メカニズムに着目し、Sphere内部で発現するmiRNAの役割を元に、転移・浸潤能の観点から悪性化の本態を捉えるためのデータを取得した。

Strategy for Future Research Activity

以上の知見の詳細な検討と同時に、臨床検体を用いて、以下の研究を推進する。
①臨床検体を用い、「Sphere Biology」の観点に立ち、標準薬剤の治療抵抗性とsmall cluster formationについて検討する。具体的には、大腸癌・胃癌の臨床検体を用い、LGR5やCD44v9発現を指標とした癌幹細胞のcluster formationと標準薬剤の治療抵抗性を解析する。
②大腸癌の初期段階のLgr5+腸管幹細胞のWNTシグナルの制御機構の破綻は、cancer-initiating stem cells (CISCs)の発生やsphere形成の重要な分子機序と考えられる。これらを阻害する薬剤の標的候補として、腸内胆汁酸組成の改変を誘導するプロバイオティクス等が候補に挙げられる。本仮説の検証のために、胆汁酸と関連するFarnesoid X Receptor (FXR)シグナル及び腸内細菌叢に注目し、次世代シーケンサーによる患者糞便の16SrRNA遺伝子アンプリコン解析によって便中の腸内細菌叢の組成比を明らかにし、WNTシグナルの増強をきたす胆汁酸組成変化等の相関を検討し、新たな治療標的を提唱する。

Research Products

• [Journal Article] Detection of trifluridine in tumors of patients with metastatic colorectal cancer treated with trifluridine/tipiracil. Cancer. (2020)
  • Author(s): Fujimoto Y, Nakanishi R, Nukatsuka M, Matsuoka K, Ando K, Wakasa T, Kitao H, Oki E, Maehara Y, Mori M.
  • Journal Title: Chemother Pharmacol Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alteration in faecal bile acids, gut microbial composition and diversity after laparoscopic sleeve gastrectomy. (2020)
  • Author(s): Ikeda T, Aida M, Yoshida Y, Matsumoto S, Tanaka M, Nakayama J, Nagao Y, Nakata R,Akahoshi T,Okano S, Nomura M, Hashizume M, and Maehara Y.
  • Journal Title: Br J Surg Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The balance of forces generated by kinesins controls spindle polarity and chromosomal heterogeneity in tetraploid cells (2019)
  • Author(s): Shu Sei、Iimori Makoto、Wakasa Takeshi、Ando Koji、Saeki Hiroshi、Oda Yoshinao、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 132 Pages: jcs231530
  • DOI: 10.1242/jcs.231530
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The evolution of surgical treatment for gastrointestinal cancers. (2019)
  • Author(s): Maehara Y et al
  • Journal Title: Int J Clin Oncol. Volume: 24 Pages: 1333-1349
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytotoxicity of trifluridine correlates with the thymidine kinase 1 expression level (2019)
  • Author(s): Kataoka Yuki、Iimori Makoto、Niimi Shinichiro、Tsukihara Hiroshi、Wakasa Takeshi、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko、Kitao Hiroyuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44399-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] IFN-γ Promotes Epithelial-Mesenchymal Transition and the Expression of PD-L1 in Pancreatic Cancer (2019)
  • Author(s): Imai Daisuke、Yoshizumi Tomoharu、Okano Shinji、Itoh Shinji、Ikegami Toru、Harada Noboru、Aishima Shinichi、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Journal of Surgical Research Volume: 240 Pages: 115～123
  • DOI: 10.1016/j.jss.2019.02.038
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Clinicopathological and Prognostic Analysis of PD-L2 Expression in Surgically Resected Primary Lung Squamous Cell Carcinoma (2019)
  • Author(s): Matsubara Taichi、Takada Kazuki、Azuma Koichi、Takamori Shinkichi、Toyokawa Gouji、Haro Akira、Osoegawa Atsushi、Tagawa Tetsuzo、Kawahara Akihiko、Akiba Jun、Okamoto Isamu、Nakanishi Yoichi、Oda Yoshinao、Hoshino Tomoaki、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Annals of Surgical Oncology Volume: 26 Pages: 1925～1933
  • DOI: 10.1245/s10434-019-07257-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prognostic Impact of Programmed Death-Ligand 2 Expression in Primary Lung Adenocarcinoma Patients (2019)
  • Author(s): Takamori Shinkichi、Takada Kazuki、Azuma Koichi、Jogo Tomoko、Shimokawa Mototsugu、Toyokawa Gouji、Hirai Fumihiko、Tagawa Tetsuzo、Kawahara Akihiko、Akiba Jun、Okamoto Isamu、Nakanishi Yoichi、Oda Yoshinao、Hoshino Tomoaki、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Annals of Surgical Oncology Volume: 26 Pages: 1916～1924
  • DOI: 10.1245/s10434-019-07231-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Co-expression of IDO1 and PD-L1 in lung squamous cell carcinoma: Potential targets of novel combination therapy (2019)
  • Author(s): Takada Kazuki、Kohashi Kenichi、Shimokawa Mototsugu、Haro Akira、Osoegawa Atsushi、Tagawa Tetsuzo、Seto Takashi、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Lung Cancer Volume: 128 Pages: 26～32
  • DOI: 10.1016/j.lungcan.2018.12.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MDC1 methylation mediated by lysine methyltransferases EHMT1 and EHMT2 regulates active ATM accumulation flanking DNA damage sites (2018)
  • Author(s): Watanabe Sugiko、Iimori Makoto、Chan David Virya、Hara Eiji、Kitao Hiroyuki、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Pages: -
  • DOI: 10.1038/s41598-018-29239-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical significance of programmed cell death-ligand 1 expression and the immune microenvironment at the invasive front of colorectal cancers with high microsatellite instability (2018)
  • Author(s): Korehisa Shotaro、Oki Eiji、Iimori Makoto、Nakaji Yu、Shimokawa Mototsugu、Saeki Hiroshi、Okano Shinji、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: International Journal of Cancer Volume: 142 Pages: 822～832
  • DOI: 10.1002/ijc.31107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Correlation between CXCR4/CXCR7/CXCL12 chemokine axis expression and prognosis in lymph-node-positive lung cancer patients (2018)
  • Author(s): Katsura Masakazu、Shoji Fumihiro、Okamoto Tatsuro、Shimamatsu Shinichiro、Hirai Fumihiko、Toyokawa Gouji、Morodomi Yosuke、Tagawa Tetsuzo、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 109 Pages: 154～165
  • DOI: 10.1111/cas.13422
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Y-box binding protein YBX1 and its correlated genes as biomarkers for poor outcomes in patients with breast cancer (2018)
  • Author(s): Shibata Tomohiro、Tokunaga Eriko、Hattori Satoshi、Watari Kosuke、Murakami Yuichi、Yamashita Nami、Oki Eiji、Itou Junji、Toi Masakazu、Maehara Yoshihiko、Kuwano Michihiko、Ono Mayumi
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 9 Pages: 37216～37228
  • DOI: 10.18632/oncotarget.26469
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CD44v9 is associated with epithelial-mesenchymal transition and poor outcomes in esophageal squamous cell carcinoma (2018)
  • Author(s): Taniguchi Daisuke、Saeki Hiroshi、Nakashima Yuichiro、Kudou Kensuke、Nakanishi Ryota、Kubo Nobuhide、Ando Koji、Oki Eiji、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Cancer Medicine Volume: 7 Pages: 6258～6268
  • DOI: 10.1002/cam4.1874
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Re-evaluation of HER2 status in patients with HER2-positive advanced or recurrent gastric cancer refractory to?trastuzumab (KSCC1604) (2018)
  • Author(s): Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Kashiwada Tomomi、Arigami Takaaki、Makiyama Akitaka、Iwatsuki Masaaki、Narita Yukiya、Satake Hironaga、Matsuda Yoshiko、Sonoda Hideto、Shimokawa Mototsugu、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: European Journal of Cancer Volume: 105 Pages: 41～49
  • DOI: 10.1016/j.ejca.2018.09.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel histological examination with dynamic three-dimensional reconstruction from multiple immunohistochemically stained sections of a PD-L1-positive colon cancer (2018)
  • Author(s): Korehisa Shotaro、Ikeda Tetsuo、Okano Shinji、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Oda Yoshinao、Hashizume Makoto、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Histopathology Volume: 72 Pages: 697～703
  • DOI: 10.1111/his.13400
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Indoleamine 2,3-dioxygenase 1 and programmed cell death-ligand 1 co-expression correlates with aggressive features in lung adenocarcinoma (2018)
  • Author(s): Kozuma Yuka、Takada Kazuki、Toyokawa Gouji、Kohashi Kenichi、Shimokawa Mototsugu、Hirai Fumihiko、Tagawa Tetsuzo、Okamoto Tatsuro、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: European Journal of Cancer Volume: 101 Pages: 20～29
  • DOI: 10.1016/j.ejca.2018.06.020
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thymidine Kinase 1 Loss Confers Trifluridine Resistance without Affecting 5-Fluorouracil Metabolism and Cytotoxicity (2018)
  • Author(s): Edahiro Keitaro、Iimori Makoto、Kobunai Takashi、Morikawa-Ichinose Tomomi、Miura Daisuke、Kataoka Yuki、Niimi Shinichiro、Wakasa Takeshi、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Kitao Hiroyuki、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Molecular Cancer Research Volume: 16 Pages: 1483～1490
  • DOI: 10.1158/1541-7786.MCR-17-0686
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Epithelial Paradox: Clinical Significance of Coexpression of E-cadherin and Vimentin With?Regard to Invasion and Metastasis of Breast?Cancer (2018)
  • Author(s): Yamashita Nami、Tokunaga Eriko、Iimori Makoto、Inoue Yuka、Tanaka Kimihiro、Kitao Hiroyuki、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Clinical Breast Cancer Volume: 18 Pages: e1003～e1009
  • DOI: 10.1016/j.clbc.2018.02.002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical and Genetic Implications of Mutation Burden in Squamous Cell Carcinoma of the Lung (2018)
  • Author(s): Okamoto T, Takada K, Sato S, Toyokawa G, Tagawa T, Shoji F, Nakanishi R, Oki E, Koike T, Nagahashi M, Ichikawa H, Shimada Y, Watanabe S, Kikuchi T, Akazawa K, Lyle S, Takabe K, Okuda S, Sugio K, Wakai T, Tsuchida M, Maehara Y.
  • Journal Title: Annals of Surgical Oncology Volume: 25 Pages: 1564～1571
  • DOI: 10.1245/s10434-018-6401-1
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical Significance of the Wild Type p53-Induced Phosphatase 1 Expression in Invasive Breast Cancer (2018)
  • Author(s): Inoue Yuka、Yamashita Nami、Kitao Hiroyuki、Tanaka Kimihiro、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Oda Yoshinao、Tokunaga Eriko、Maehara Yoshihiko
  • Journal Title: Clinical Breast Cancer Volume: 18 Pages: e643～e650
  • DOI: 10.1016/j.clbc.2017.11.008
  • Peer Reviewed
• [Presentation] メタボリック手術前後の腸内細菌叢解析と術後腸内細菌健全化食の有用性の検討 (2019)
  • Author(s): 池田哲夫、工藤健介、木村光一
  • Organizer: 第74回日本消化器外科学会総会