Analysis of in vivo niches and therapeutic targets for cancer stem cells based on the visualization mechanism

2016 Fiscal Year Annual Research 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, 大学院医歯学総合研究科, 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, 非常勤講師 (90451939)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 癌 / 幹細胞 / 膵腫瘍 / 免疫チェックポイント / 分子標的剤 / ゲノム編集 / エピゲノム / トランスレーショナルリサーチ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は癌幹細胞の生体内ニッチ制御分子の基礎解析と、その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。
膵腫瘍特異的な癌抑制遺伝子Xがコードする蛋白は特異的ヒストン・シャペロン分子であり、ヒストンH3と複合体を形成してLys9メチル化を促すことが知られているが(H3K9me3)、幹細胞性制御における意義は不明である。本研究ではゲノム編集法(CRISPR/Cas9)によって、癌抑制遺伝子Xをノックアウト(KO)したヒト膵腫瘍細胞を作成した。X-KOヒト膵腫瘍細胞はスフェア形成能など幹細胞性を獲得し、NOD-SCIDマウスにおいて高い造腫瘍性を呈することが明らかになった。H3K9me3経路は遺伝子発現を抑制することが知られている。マイクロアレイ解析によって遺伝子発現抑制群を抽出して、X蛋白に対する免疫沈降法（chromatin immunoprecipitation; ChIP）を用いて直接転写制御される13標的遺伝子を同定した。さらにH3K9me3に対するChIP解析によって5遺伝子を抽出し、siRNA解析によってX-KO膵腫瘍細胞のスフェア形成能を制御する1遺伝子を同定した。この遺伝子Yは間葉性幹細胞や癌細胞で高発現すること、酸化ストレスや抗癌剤への抵抗性を促進することが報告されている。膵腫瘍臨床検体を用いた解析では、X蛋白低発現症例は有意にKi67指数が高く、その33%に遺伝子変異を検出した。さらにX低発現かつY高発現症例では有意に再発率が高いことが証明された(p=0.018)。
本研究によって、癌抑制遺伝子Xがエピゲノム修飾により幹細胞性遺伝子Yを直接制御する新規癌化メカニズムが明らかとなり、臨床診断に有用なバイオマーカーとなる可能性が示唆された。幹細胞性遺伝子Yは腫瘍特異的に発現しており、治療標的としても臨床応用への展開が期待できる画期的な成果が得られた。

Research Products

• [Journal Article] Acquired resistance with epigenetic alterations under long-term anti-angiogenic therapy for hepatocellular carcinoma. (2017)
  • Author(s): Ohata Y, Akiyama Y, Shimada S, Mogushi K, Nakao K, Matsumura S, Aihara A, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Tanabe M, Tanaka S.
  • Journal Title: Molecular Cancer Therapeutics Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-16-0728.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ARID2 modulates DNA damage response in human hepatocellular carcinoma cells. (2017)
  • Author(s): Oba A, Shimada S, Akiyama Y, Nishikawaji T, Mogushi K, Ito H, Matsumura S, Aihara A, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Asahara H, Kaida A, Miura M, Tanabe M, Tanaka S.
  • Journal Title: Journal of Hepatology Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1016/j.jhep.2016.12.026.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular pathogenesis and targeted therapy of pancreatic cancer. (2016)
  • Author(s): Tanaka S.
  • Journal Title: Annals of Surgical Oncology Volume: 23 Pages: 197-205
  • DOI: 10.1245/s10434-015-4463-x.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [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] Autophagy controls centrosome number by degrading Cep63. (2016)
  • Author(s): Watanabe Y, Honda S, Konishi A, Satoko Arakawa S, Murohashi M, Yamaguchi H, Torii S, Tanabe M, Tanaka S, Warabi E, Shimizu S.
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 7 Pages: 13508
  • DOI: 10.1038/ncomms13508.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [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: Clinical Cancer Research Volume: 22 Pages: 5277-5286
  • DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-15-1945
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Proteasome activity is required for the initiation of precancerous pancreatic lesions. (2016)
  • Author(s): Furuyama T, Tanaka S, Shimada S, Akiyama Y, Matsumura S, Mitsunori Y, Aihara A, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Fukamachi H, Arii S, Kawaguchi Y, Tanabe M.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 27044
  • DOI: 10.1038/srep27044.
  • Peer Reviewed / Open Access / 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: PlosOne Volume: 11 Pages: e0146564
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0146564.
  • Peer Reviewed / Open Access / 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
• [Presentation] ワークショップ：肝癌分子標的薬の生体内感受性バイオマーカー探索と臨床展開 (2016)
  • Author(s): 田中真二、大畠慶映、田邉稔
  • Organizer: 第14回日本消化器外科学会大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートピアホテル（兵庫県、神戸市）
  • Year and Date: 2016-11-04 – 2016-11-04
• [Presentation] 癌幹細胞のエピジェネティック変化と転移性および治療抵抗性獲得機序 (2016)
  • Author(s): 田中真二、島田周、秋山好光
  • Organizer: 第75回日本癌学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
  • Year and Date: 2016-10-06 – 2016-10-06
• [Presentation] シンポジウム：肝胆膵がん個別化分類に基づいた癌幹細胞の治療抵抗性機序の解明と治療展開 (2016)
  • Author(s): 田中真二、伊藤浩光、古山貴基、藍原有弘、松村聡、光法雄介、伴大輔、落合高徳、工藤篤、田邊稔
  • Organizer: 第72回日本消化器外科学会総会
  • Place of Presentation: あわぎんホール（徳島県、徳島市）
  • Year and Date: 2016-07-15 – 2016-07-15
• [Presentation] シンポジウム：肝癌の幹細胞性解析とゲノム編集技術を用いた治療応用 (2016)
  • Author(s): 田中真二、佐藤公太、田邉稔
  • Organizer: 第52回日本肝臓学会総会
  • Place of Presentation: ホテルニューオータニ幕張（千葉県、幕張市）
  • Year and Date: 2016-05-19 – 2016-05-19
• [Presentation] シンポジウム：肝癌の幹細胞性解析とゲノム編集技術を用いた治療応用 (2016)
  • Author(s): 田中真二、藍原有弘、田邉稔
  • Organizer: 第102回日本消化器病学会総会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都、新宿区）
  • Year and Date: 2016-04-23 – 2016-04-23
• [Presentation] シンポジウム：臨床検体のゲノム解析に基づいた遺伝子改変およびゲノム編集技術の臨床応用 (2016)
  • Author(s): 田中真二、島田周、古山貴基、大庭篤志、茂櫛薫、秋山好光、水野裕貴、小川康介、深町博史、伊藤浩光、光法雄介、松村聡、藍原有弘、伴大輔、落合高徳、工藤篤、川口義弥、田邉稔
  • Organizer: 第116回日本外科学会定期学術集会
  • Place of Presentation: リーガロイヤルホテル大阪（大阪府、大阪市）
  • Year and Date: 2016-04-16 – 2016-04-16
• [Book] Human Stem Cell Toxicity (ed. Sherley JL) (2016)
  • Author(s): Tanaka S.
  • Total Pages: 299 (280-294)
  • Publisher: Royal Society of Chemistry (London)