がん不均一性メカニズム解明に基づいた難治性癌の先進的治療開発

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H02670
• 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): 森 正樹 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (70190999) ; 島田 周 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (20609705) ; 秋山 好光 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (80262187) ; 深町 博史 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (70134450)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 癌 / 幹細胞 / クロマチン動的変動 / クロマチンリモデリング / ゲノム編集 / DNA損傷 / 高頻度変異 / トランスレーショナルリサーチ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、幹細胞可視化システムによる難治性癌の不均一性分子基盤解析と、その臨床応用を目指した先進的治療開発 という二つの視点を特徴とする。
まず幹細胞可視化システムを用いた解析によって、癌幹細胞の遺伝子発現がクロマチン動的変動によって制御されていることを証明した（Ito, Tanaka et al. PLosOne 2016）。次に幹細胞性制御因子として報告されたSWI/SNFクロマチンリモデリング複合体に注目し(Wang et al. Nat Genet 2017)、SWI/SNFサブユニットARID2を欠損した肝癌細胞をCrisp/Cas9ゲノム編集法を用いて作製し解析を進めた。その結果、ARID2機能欠損により高い造腫瘍性を獲得すること、DNA修復遺伝子が抑制的に調節されていることを明らかとした。さらにARID2遺伝子欠損株ではDNA損傷部位におけるヌクレオチド除去修復機構が破綻していること、DNA損傷発癌物質に対する感受性が有意に高いことを証明した。肝癌臨床検体のパブリックデータを用いた解析により、ARID2変異例では体細胞変異が有意に多いことを明らかとした(hyper-mutation）。幹細胞のhypermutationによる発癌機序が報告されており(Jager et al. Cell 2013)、さらにhypermutator癌は免疫チェックポイント阻害剤の効果が高いことが注目されている(Snyder et al, NEJM 2014)。本研究によりDNA修復異常、hypermutationを標的としたARID2変異特異的な治療開発が期待される画期的な成果が得られた (Oba, Tanaka et al. J Hepatol, in press)。
さらに生体内薬剤耐性化による幹細胞性獲得機序およびオートファジーを介した不均一性機序について解析している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では幹細胞可視化システムを用いて、癌幹細胞と非癌幹細胞をそれぞれ抽出して遺伝子発現差を解析し、クロマチン免疫沈降法を用いて癌幹細胞特異的遺伝子がクロマチンbivalent状態から開放状態への動的変動によって発現制御されることを明らかにしている（Ito, Tanaka et al. PLosOne 2016）。さらにクロマチン制御に注目して、SWI/SNFクロマチンリモデリング複合体サブユニットARID2の遺伝子欠損ヒト肝癌をゲノム編集法によって作成し、ARID2変異による新たな発癌メカニズムを見出すことができた（Oba, Tanaka et al. J Hepatol, in press）。
ARID2は肝癌特異的に変異が多く、予後不良と相関することが報告されており（Fujimoto et al. Nat Genet 2016)、本研究によってDNA修復異常や免疫チェックポイントを標的とした新規治療開発へと発展する結果が得られたことは当初の計画以上である。さらに生体内薬剤耐性化による幹細胞性獲得機序およびオートファジーを介した不均一性機序について解析を展開しており、基礎研究のみならず臨床治療への展開が期待できる画期的な成果が得られている。

Strategy for Future Research Activity

近年の癌ゲノム解析によって、SWI/SNFクロマチンリモデリング複合体を含むクロマチン制御因子の遺伝子変異が半数以上の癌で認められることが明らかとなり、エピゲノム異常による癌化メカニズムに高い注目が集まっている。現在、エピゲノム制御因子の解析によって新規治療標的の開発を進めている。
また本研究で用いたゲノム編集法を応用して、多重ノックアウト法やノックイン法を開発し、生体内ゲノム編集への応用を進めている。さらに難治性癌を克服するため、生体内薬剤耐性化による幹細胞性獲得機序、オートファジーを介した不均一性機序についても新たな基礎研究を展開しており、臨床治療への応用発展を推進している。本邦のトランスレーショナルリサーチに寄与する重要な研究課題である。

Research Products

• [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: 66(5) Pages: 942-951
  • DOI: 10.1016/j.jhep.2016.12.026.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Acquired resistance with epigenetic alterations under long-term anti-angiogenic therapy for hepatocellular carcinoma. (2017)
  • Author(s): Ohata Y, Shimada S, Akiyama Y, Mogushi K, Nakao K, Matsumura S, Aihara A, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Arii S, Tanabe M, Tanaka S.
  • Journal Title: Molecular Cancer Therapeutics Volume: 16(6) Pages: 1155-1165
  • DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-16-0728.
  • Peer Reviewed
• [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] 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] 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] 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] 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] Reduced expression of SET7/9, a histone mono-methyltransferase, is associated with gastric cancer progression. (2016)
  • Author(s): Akiyama Y, Koda Y, Byeon S, Shimada S, Nishikawaji T, Sakamoto A, Chen Y, Kojima K, Kawano T, Eishi Y, Deng D, Kim WH, Zhu WG, Yuasa Y, Tanaka S.
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 7 Pages: 3966-83
  • DOI: 10.18632/oncotarget.6681.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Overexpression of histone methyltransferase SETDB2 acts an oncogene in gastric cancer. (2016)
  • Author(s): Nishikawaji T, Akiyama Y, Shimada S, Kojima K, Kawano T, Eishi Y, Yuasa Y, Tanaka S.
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 7 Pages: 67251-67265
  • DOI: 10.18632/oncotarget.11625.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Comprehensive analyses of mutations and hepatitis B virus integration in hepatocellular carcinoma with clinicopathological features. (2016)
  • Author(s): Kawai-Kitahata F, Asahina Y, Tanaka S, Kakinuma S, Murakawa M, Sayuri Nitta S, Watanabe T, Otani S, Taniguchi M, Goto F, Nagata H, Kaneko S, Tasaka-Fujita M, Nishimura-Sakurai Y, Azuma S, Itsui Y, Nakagawa M, Tanabe M, Takano S, Fukasawa M, Sakamoto M, Maekawa S, Enomoto N, Watanabe M.
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology Volume: 51 Pages: 473-86
  • DOI: 10.1007/s00535-015-1126-4.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome-wide DNA methylation analysis in hepatocellular carcinoma. (2016)
  • Author(s): Yamada N, Yasui K, Dohi O, Gen Y, Tomie A, Kitaichi T, Iwai N, Mitsuyoshi H, Sumida Y, Moriguchi M, Yamaguchi K, Nishikawa T, Umemura A, Naito Y, Tanaka S, Arii S, Itoh Y.
  • Journal Title: Oncology Reports Volume: 35 Pages: 2228-36
  • DOI: 10.3892/or.2016.4619.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preoperative direct bilirubin to prothrombin time ratio index to prevent liver failure after minor hepatectomy. (2016)
  • Author(s): Furuyama T, Kudo A, Matsumura S, Mitsunori Y, Aihara A, Ban D, Ochiai T, Tanaka S, Tanabe M.
  • Journal Title: Journal of Hepatobiliary Pancreatic Sciences Volume: 23 Pages: 763-770
  • DOI: 10.1002/jhbp.400.
  • Peer Reviewed
• [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] パネルディスカッション基調講演：がん分子サブタイプと臨床情報に基づく個別化治療戦略 (2016)
  • Author(s): 田中真二
  • Organizer: 第52回日本肝癌研究会
  • Place of Presentation: 虎ノ門ヒルズフォーラム（東京都、港区）
  • Year and Date: 2016-07-01 – 2016-07-01
  • Invited
• [Presentation] シンポジウム指定演者：基礎研究から臨床応用への展望 (2016)
  • Author(s): 田中真二
  • Organizer: 第14回日本肝がん分子標的治療研究会
  • Place of Presentation: 梅田スカイビルタワー(大阪府、大阪市)
  • Year and Date: 2016-06-11 – 2016-06-11
  • Invited
• [Presentation] シンポジウム：肝がん個別化分類に基づいた生体内バイオマーカーの同定による新規分子標的治療の開発と臨床展開 (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)