プロテアソームとオートファジーのクロストークによる癌幹細性維持機構と治療抵抗性

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K10140
• Research Institution: National Hospital Organization Osaka National Hospital Institute for Clinical Reserch
• Principal Investigator: 植村 守 独立行政法人国立病院機構大阪医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 研究員 (10528483)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水島 恒和 大阪大学, 医学系研究科, 寄附講座教授 (00527707) ; 河合 賢二 大阪大学, 医学系研究科, 特任助教(常勤) (10717599) ; 波多 豪 大阪大学, 医学部附属病院, 医員 (80749747)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 大腸癌 / 癌幹細胞 / 低プロテアソーム活性 / 治療抵抗性 / 低酸素

Outline of Annual Research Achievements

癌治療には癌幹細胞の制御が重要であり、癌幹細胞分離や、癌幹細胞の治療抵抗性機序の解明等が重要である。本研究では、癌幹細胞を従来の表面マーカーのみではなく、癌幹細胞の細胞生物学的特徴に着目し癌幹細胞の分離を試みつつ、治療抵抗性や癌幹細胞性付与に関わる因子及び標的遺伝子を解明し、これを制御することにより、癌幹細胞の産出を抑制し癌の根治につながる新たな治療法を創出することを目標としている。
これまでに、細胞の低プロテアソーム活性を標識するウィルスベクターを用いて、低プロテアソーム活性下細胞を分離することに成功し、この細胞が癌幹細胞性を持つことを明らかにしてきた (Sphere formation亢進、抗がん剤治療抵抗性、放射線治療抵抗性、既知の癌肝細胞マーカーの高発現など)。また、これまで、幹細胞性を示すためのKeyとなる実験であるマウスでの造腫瘍性の証明が、低プロテアソーム活性化の細胞の特徴から、条件設定などに相当な時間を要したが、ようやく安定した実験系を確立することができ、造腫瘍性の証明ができた。
さらに、低プロテアソーム活性下細胞が癌肝細胞性を持つにいたった機序を解明するために、低プロテアソーム活性下において発現変化がみられる遺伝子をマイクロアレイ解析によって検索した。その結果、オートファジー関連遺伝子であるAtg9bをはじめ、複数の低酸素関連遺伝子や分化抑制に関わるとされるEID3等が低プロテアソーム活性下の大腸癌細胞において発現が亢進していることが示唆された。現在これらの遺伝子の機能解析や、癌幹細胞性に関連のあると考えられる低酸素誘導遺伝子の機能解析を施行している。今後はさらに、低プロテアソーム活性と癌幹細胞性との関連性を追求し、癌幹細胞における治療抵抗性の機序を探索すること等により、大腸癌幹細胞標的治療の確立を目指していく予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初の研究目的である癌幹細胞における低プロテアソーム活性とオートファジーとの関連性とその役割に関しては、関連性を示唆する結果は得られたが、オートファジーの実験系の確立がうまくいかず、詳細な検討には至っていない。引き続き、実験を継続する予定である。また、大腸癌における癌幹細胞性維持や治療抵抗性（抗癌剤治療、放射線治療）に関して検索していくうちに、低プロテアソーム活性といった因子に加え、低酸素誘導因子にも着眼をするなど、研究の幅が広がったことも計画が遅れた要因である。癌幹細胞性と低酸素誘導因子との関連性を示唆する結果が得られつつあるが、今後は個別の遺伝子の機能解析等も施行していく必要がある。は深く、新規の低酸素誘導因子を検索する中で、癌幹細胞性との関連性を示唆するものが得られたが、残念ながら、低プロテアソーム活性と癌幹細胞性とを結びつける低酸素誘導因子の同定には至っていない。これらの実験のために、予定外に時間を消費したが、上記のごとく、新規の低酸素誘導因子と癌幹細胞性との関連性という新規の知見も得られた。
また、低プロテアソーム活性下の大腸癌細胞が幹細性を示す事実は興味深いが、低プロテアソーム活性下の大腸癌細胞は、特異的なベクターを使用して細胞を回収しているものの、その絶対数が少なく、これが低プロテアソーム活性と大腸癌幹細胞性との関連性を追求する実験の大きな時間的支障となっており、研究の進捗に多大な影響を与えている。

Strategy for Future Research Activity

低プロテアソーム活性とオートファジーの癌幹細胞性における役割とそのクロストークに関しては、実験が難渋しているが引き続き、安定した実験系の確立を目指して継続努力をする。また、癌幹細胞を治療標的としてとらえるという最も大切なテーマを解明する方法として、低プロテアソーム活性とオートファジーのみではなく、低酸素誘導遺伝子や低プロテアソーム活性下に誘導される遺伝子群の機能解析等を施行するなど多面的アプローチによって取り組んでいく予定にしている。上述のように、複数の低プロテアソームによって誘導される遺伝子が同定されてきているので、今後は個別の遺伝子の機能解析等を進めていく予定である。また、同時進行で、癌幹細胞性に深くかかわる低酸素誘導遺伝子候補を複数同定しているので、この機能解析等も進めることによって、低プロテアソーム活性や低酸素状態による幹細胞性付与のメカニズム解明を進める。

Causes of Carryover

本研究の主要なテーマである低プロテアソーム活性下の大腸癌細胞に関しては、幹細性を示す事実は興味深い。しかしながら、低プロテアソーム活性下の大腸癌細胞は、特異的なベクターを使用して細胞を回収しており、その絶対数が少なく、これが低プロテアソーム活性と大腸癌幹細胞性との関連性を追求する実験の大きな時間的支障となっており、研究の進捗に多大な影響を与えている。研究進捗の遅れにより差額が生じている。

Expenditure Plan for Carryover Budget

低プロテアソーム活性とオートファジーの癌幹細胞性における役割とそのクロストークに関しては、実験が難渋しているが引き続き、安定した実験系の確立を目指して継続努力をする。また、癌幹細胞を治療標的としてとらえるという最も大切なテーマを解明する方法として、低プロテアソーム活性とオートファジーのみではなく、低酸素誘導遺伝子や低プロテアソーム活性下に誘導される遺伝子群の機能解析等を施行するなど多面的アプローチによって取り組んでいく予定にしている。主に、研究試薬・物品に研究費を使用す旅程である。

Research Products

• [Journal Article] Fructose-bisphosphate aldolase A is a key regulator of hypoxic adaptation in colorectal cancer cells and involved in treatment resistance and poor prognosis. (2016)
  • Author(s): Kawai K, Uemura M, Munakata K, Takahashi H, Haraguchi N, Nishimura J, Hata T, Matsuda C, Ikenaga M, Murata K, Mizushima T, Yamamoto H, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Int J Oncol Volume: 50 (2) Pages: 525-534
  • DOI: 10.3892/ijo.2016.3814
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cancer Stem-like Properties in Colorectal Cancer Cells with Low Proteasome Activity. (2016)
  • Author(s): Munakata K, Uemura M, Tanaka S, Kawai K, Kitahara T, Miyo M, Kano Y, Nishikawa S, Fukusumi T, Takahashi Y, Hata T, Nishimura J, Takemasa I, Mizushima T, Ikenaga M, Kato T, Murata K, Carethers JM, Yamamoto H, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Clin Cancer Res Volume: 22(21) Pages: 5277-5286
  • DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-15-1945
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-term outcome of adrenalectomy for metastasis resulting from colorectal cancer with other metastatic sites: A report of 3 cases. (2016)
  • Author(s): Uemura M, Kim HM, Ikeda M, Nishimura J, Hata T, Takemasa I, Mizushima T, Yamamoto H, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Oncol Lett Volume: 12(3) Pages: 1649-1654
  • DOI: 10.3892/ol.2016.4897
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] First-line cetuximab-based chemotherapies for patients with advanced or metastatic KRAS wild-type colorectal cancer. (2016)
  • Author(s): Uemura M, Kim HM, Hata T, Sakata K, Okuyama M, Takemoto H, Fujii H, Fukuzaki T, Morita T, Hata T, Takemasa I, Satoh T, Mizushima T, Doki Y, Mori M; Multi-Center Clinical Study Group of Osaka, Colorectal Cancer Treatment Group (MCSGO)..
  • Journal Title: Mol Clin Oncol Volume: 5(2) Pages: 375-379
  • DOI: 10.3892/mco.2016.938
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Down-Regulation of microRNA-132 is Associated with Poor Prognosis of Colorectal Cancer. (2016)
  • Author(s): Mokutani Y, Uemura M, Munakata K, Okuzaki D, Haraguchi N, Takahashi H, Nishimura J, Hata T, Murata K, Takemasa I, Mizushima T, Doki Y, Mori M, Yamamoto H.
  • Journal Title: Ann Surg Oncol Volume: 23 (5) Pages: 599-608
  • DOI: 10.1245/s10434-016-5133-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (18)F-Fluorodeoxyglucose positron emission tomography ((18)F-FDG PET) for the early detection of response to neoadjuvant chemotherapy for locally advanced rectal cancer. (2016)
  • Author(s): Nishimura J, Hasegawa J, Ogawa Y, Miwa H, Uemura M, Haraguchi N, Hata T, Yamamoto H, Takemasa I, Mizushima T, Nezu R, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Surg Today Volume: 46(10) Pages: 1152-1158
  • DOI: 10.1007/s00595-015-1297-x
• [Journal Article] Characteristics of carbonic anhydrase 9 expressing cells in human intestinal crypt base. (2016)
  • Author(s): Takahashi H, Suzuki Y, Nishimura J, Haraguchi N, Ohtsuka M, Miyazaki S, Uemura M, Hata T, Takemasa I, Mizushima T, Yamamoto H, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Int J Oncol Volume: 48(1) Pages: 115-22
  • DOI: 10.3892/ijo.2015.3260
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sarcopenia is associated with severe postoperative complications in elderly gastric cancer patients undergoing gastrectomy. (2016)
  • Author(s): Fukuda Y, Yamamoto K, Hirao M, Nishikawa K, Nagatsuma Y, Nakayama T, Tanikawa S, Maeda S, Uemura M, Miyake M, Hama N, Miyamoto A, Ikeda M, Nakamori S, Sekimoto M, Fujitani K, Tsujinaka T.
  • Journal Title: Gastric Cancer Volume: 19(3) Pages: 986-993
  • DOI: 10.1007/s10120-015-0546-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A clinical trial of autologous adipose-derived regenerative cell transplantation for a postoperative enterocutaneous fistula. (2016)
  • Author(s): Mizushima T, Takahashi H, Takeyama H, Naito A, Haraguchi N, Uemura M, Nishimura J, Hata T, Takemasa I, Yamamoto H, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Surg Today Volume: 46(7) Pages: 835-842
  • DOI: 10.1007/s00595-015-1246-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gasless transumbilical laparoscopic-assisted appendectomy as a safe and cost-effective alternative surgical procedure for mild acute appendicitis. (2016)
  • Author(s): Munakata K, Uemura M, Shimizu J, Miyake M, Hata T, Ikeda K, Dono K, Kitada M, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Surg Today Volume: 46(3) Pages: 319-325
  • DOI: 10.1007/s00595-015-1177-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Single-incision laparoscopic surgery for stricturing and penetrating Crohn's disease. (2016)
  • Author(s): Mizushima T, Nakajima K, Takeyama H, Naito A, Osawa H, Uemura M, Nishimura J, Hata T, Takemasa I, Yamamoto H, Doki Y, Mori M.
  • Journal Title: Surg Today Volume: 46(2) Pages: 303-208
  • DOI: 10.1007/s00595-015-1145-z
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 大腸癌における予後因子ALDOAの機能に関する検討 (2016)
  • Author(s): 河合 賢二, 植村 守, 高橋 秀和, 原口 直紹, 西村 潤一, 畑 泰司, 松田 宙, 水島 恒和, 土岐 祐一郎, 森 正樹
  • Organizer: 大腸肛門病学会
  • Place of Presentation: 三重
  • Year and Date: 2016-11-18 – 2016-11-19
• [Presentation] 大腸癌における新規予後因子ALDOAの検討 (2016)
  • Author(s): 河合 賢二, 植村 守, 高橋 秀和, 原口 直紹, 西村 潤一, 畑 泰司, 松田 宙, 水島 恒和, 土岐 祐一郎, 森 正樹
  • Organizer: 日本癌治療学会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-10-20 – 2016-10-22
• [Presentation] 大腸癌における新規予後因子ALDOAの検討 (2016)
  • Author(s): 河合 賢二, 植村 守, 高橋 秀和, 原口 直紹, 西村 潤一, 畑 泰司, 竹政 伊知朗, 水島 恒和, 山本 浩文, 土岐 祐一郎, 森 正樹
  • Organizer: 日本外科学会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2016-04-14 – 2016-04-16
• [Presentation] miR-132の大腸癌肝転移における発現と臨床的意義 (2016)
  • Author(s): 杢谷 友香子, 山本 浩文, 浜部 敦史, 植村 守, 原口 直紹, 高橋 秀和, 西村 潤一, 畑 泰司, 竹政 伊知朗, 水島 恒和, 土岐 祐一郎, 森 正樹
  • Organizer: 日本外科学会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2016-04-14 – 2016-04-16