癌幹細胞可視化メカニズムに基づく生体内ニッチ解析と特異的治療開発

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K15491
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 田中 真二 東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (30253420)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中山 恒 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (10451923) ; 藍原 有弘 東京医科歯科大学, 医学部附属病院, 助教 (90451939)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 癌 / 幹細胞 / 制御性T細胞 / 免疫チェックポイント / 発癌 / ゲノム編集 / トランスジェニックマウス / トランスレーショナルリサーチ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は癌幹細胞に基づいた生体内ニッチ制御分子の基礎解析と、臨床応用を目指した特異的治療開発という二つの視点を特徴とする。
まず膵腫瘍臨床検体およびヒト膵腫瘍細胞を解析した結果、約1%の癌幹細胞分画を検出した。ヒト膵腫瘍細胞から癌幹細胞分画を抽出して、高い自己複製能と浸潤能を持つことを確認した。マウス生体内では顕著な造腫瘍性および転移能を示し、その特異的高発現分子として細胞外アデノシン産生酵素CD73を同定した(Int J Oncol 2016)。CD73は制御性T細胞に高発現していることが知られており、アデノシンレセプターA2AARを介して宿主免疫を抑制し生体内ニッチを制御するメカニズムが示唆された。またCD73阻害剤adenosine 5′-(α,β-methylene) diphosphate (APCP)は癌幹細胞の自己複製能、浸潤能を強力に阻害すること、APCPを投与したマウスモデルでは癌幹細胞の造腫瘍性および転移能が抑制されることを証明した。膵腫瘍の臨床検体を解析した結果、CD73高発現を確認し、周囲組織への腫瘍浸潤と有意な相関を認めることを明らかにしており、新たな治療標的として有望であることが示唆された。
以上の研究成果に基づいて複数の幹細胞性関遺伝子および発癌関連遺伝子を抽出し、各遺伝子に対してCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて、各種ノックアウト腫瘍細胞を作成した。今後、それぞれのノックアウト腫瘍細胞による生体内腫瘍・転移モデルを作成し、生体内ニッチ制御分子群を解明する。さらに幹細胞性トランスジェニックマウスを用いて、宿主免疫システムにおける新たな解析を展開している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

膵腫瘍臨床検体およびヒト膵腫瘍細胞の癌幹細胞分画から細胞外アデノシン産生酵素CD73を同定した。CD73は制御性T細胞などに重要な機能を持つが、CD73の特異的抑制剤は癌幹細胞を選択的に阻害することが明らかとなった。生体内ニッチにおける免疫逃避メカニズムが示唆されたことに加え、複数の幹細胞性関遺伝子および発癌関連遺伝子を抽出しており、計画以上の画期的な結果が得られている。

Strategy for Future Research Activity

複数の幹細胞性関遺伝子および発癌関連遺伝子についてCRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて、各種ノックアウト腫瘍細胞を作成しており、統一した生体内モデルによってニッチ制御分子群を解明する方針である。CD73は免疫チェックポイント分子PD-1を発現亢進させる機能が報告されており、幹細胞性トランスジェニックマウスを用いて免疫システムにおける新たな解析を展開している。

Causes of Carryover

癌幹細胞性と生体内ニッチ解析において計画以上の画期的な結果が得られており、研究成果に基づいて複数の幹細胞性関遺伝子および発癌関連遺伝子を抽出することが可能となった。
それぞれの遺伝子についてノックアウト腫瘍細胞作成を先行し、次年度に統一して解析する方針としたため次年度使用額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

複数の幹細胞性関遺伝子および発癌関連遺伝子に対して、CRISPR/Cas9ゲノム編集技術を用いて作成した各種ノックアウト腫瘍細胞の検証解析を進める。
検証した各種ノックアウト腫瘍細胞を用いて、統一して生体内機能（造腫瘍性、転移能など）を解析し、同時に治療実験も併行する方針である。

Research Products

• [Journal Article] CD73 as a therapeutic target for pancreatic neuroendocrine tumor stem cells. (2016)
  • Author(s): Katsuta E, Tanaka S, Mogushi K, Shimada S, Akiyama Y, Aihara A, Matsumura S, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Fukamachi H, Tanaka H, Nakayama K, Arii S, Tanabe M.
  • Journal Title: International Journal of Oncology Volume: 48 Pages: 657-69
  • DOI: 10.3892/ijo.2015.3299.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expression of connective tissue growth factor in the livers of non-viral hepatocellular carcinoma patients with metabolic risk factors. (2016)
  • Author(s): Akahoshi K, Tanaka S, Mogushi K, Shimada S, Matsumura S, Akiyama Y, Aihara A, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Arii S, Tanabe M.
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology Volume: 51 Pages: 910-22
  • DOI: 10.1007/s00535-015-1159-8.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Dominant expression of DCLK1 in human pancreatic cancer stem cells accelerates tumor invasion and metastasis. (2016)
  • Author(s): Ito H, Tanaka S, Akiyama Y, Shimada S, Adikrisna R, Matsumura S, Aihara A, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Arii S, Yamaoka S, Tanabe M.
  • Journal Title: PloS One Volume: 11(1) Pages: e0146564
  • DOI: 10.3892/ijo.2015.3299.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cancer stem cells as therapeutic targets of hepato-biliary-pancreatic cancers. (2015)
  • Author(s): Tanaka S.
  • Journal Title: Journal of Hepato-Biliary-Pancreatic Sciences Volume: 22(7) Pages: 531-537
  • DOI: 10.1002/jhbp.248.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A novel Aurora/VEGFR dual kinase inhibitor as treatment for hepatocellular carcinoma. (2015)
  • Author(s): Nakao K, Tanaka S, Miura T, Sato K, Matsumura S, Aihara A, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Arii S, Tanabe M.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 106(8) Pages: 1016-1022
  • DOI: 10.1111/cas.12701.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A novel therapeutic combination targeting sequentially Aurora B and Bcl-xL in hepatocellular carcinoma. (2015)
  • Author(s): Matsunaga H, Tanaka S, Aihara A, Ogawa K, Matsumura S, Ban D, Ochiai T, Irie T, Kudo A, Nakamura N, Arii S, Tanabe M.
  • Journal Title: Annals of Surgical Oncology Volume: 22(9) Pages: 1016-1022
  • DOI: 10.1245/s10434-014-4292-3.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Symposium: Surgical oncology for identification of novel molecular targets in refractory cancers. (2015)
  • Author(s): Tanaka S.
  • Organizer: The 74th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • Place of Presentation: Nagoya
  • Year and Date: 2015-10-09 – 2015-10-09
• [Presentation] Symposium: Molecular pathogenesis and targeted therapy for major vascular invasiveness of hepatocellular carcinoma. (2015)
  • Author(s): Tanaka S, Aihara A, Tanabe M.
  • Organizer: The 13th General Meeting of the Japanese Society of Gastroenterological Surgery
  • Place of Presentation: Tokyo
  • Year and Date: 2015-10-08 – 2015-10-08
• [Presentation] シンポジウム：難治性消化器癌の幹細胞性解析を基盤とした標的治療の前臨床試験 (2015)
  • Author(s): 田中真二、島田周、伊藤浩光、古山隆貴、藍原有弘、松村聡、伴大輔、落合高徳、工藤篤、田邉稔.
  • Organizer: 第71回日本消化器外科学会総会
  • Place of Presentation: 浜松
  • Year and Date: 2015-07-15 – 2015-07-15
• [Presentation] シンポジウム：幹細胞特性の機能的解析に基づいた肝癌標的治療の前臨床試験 (2015)
  • Author(s): 田中真二、古山隆貴、田邉稔.
  • Organizer: 第51回日本肝臓学会総会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-21
• [Presentation] パネルディスカッション：高度脈管侵襲肝細胞癌に対する術後補助療法の意義と分子生物学的解析 (2015)
  • Author(s): 田中真二、伊藤浩光、茂櫛薫、小川康介、藍原有弘、松村聡、伴大輔、落合高徳、入江工、工藤篤、田中博、有井滋樹、田邉稔.
  • Organizer: 第115回日本外科学会定期学術集会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-04-17 – 2015-04-17
• [Book] Cancer stem cells as therapeutic targets. (Human Stem Cell Toxicity; ed. Sherley JL) (2016)
  • Author(s): Tanaka S.
  • Total Pages: in press
  • Publisher: Royal Society of Chemistry
• [Remarks]
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/grad/monc/index.html