オルガノイドを用いた膵癌phenotypeによる膵星細胞の基質リモデリング解析

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H06258
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 池永 直樹 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (90759755)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 膵癌 / 膵星細胞 / 癌微小環境 / オルガノイド / 基質リモデリング

Outline of Annual Research Achievements

遺伝子改変膵癌マウスモデルから樹立した膵癌オルガノイド、ヒト膵癌から樹立したオルガノイドを膵星細胞と3次元培養下に共培養した場合にオルガノイドが極性を失い、周囲への浸潤が亢進することを確認したが、膵癌細胞と膵星細胞のphenotype別解析においては質的・量的パターンに有意な変化は見られなかった。しかし、コラーゲンⅣ蛍光免疫染色やタイムラプスによる経時的観察、三次元画像観察によって、膵星細胞によるオルガノイドへの直接接触が起点となってオルガノイドの基底膜破壊とコラーゲン内への浸潤が起こることが確認できた。さらに、基底膜破壊に関わる因子としてマトリックスメタロプロテアーゼ(MMP)に着目して解析したところMMP2, MT1-MMPの発現が膵癌オルガノイドに比べて膵星細胞でmRNA, タンパクレベルにおいていずれも著明に高発現していることがわかった。そこでsiRNAによるMMP2あるいはMT1-MMPの発現抑制を行った遺伝子改変膵星細胞とオルガノイドとの3D共培養実験を行ったところ、いずれも発現抑制群で有意にオルガノイドのコラーゲン内浸潤能が低下した。一方でMT1-MMPの活性化に必要なTIMP2はオルガノイド、膵星細胞の両方で発現しており、共培養時にTIMP2阻害薬を添加するとオルガノイドのコラーゲン浸潤能は低下したものの、上記siRNAによって膵星細胞のMMP2あるいはMT1-MMP発現抑制と組み合わせた場合には浸潤能低下について相加・相乗効果は見られなかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画に沿ってヒト、マウスの膵癌オルガノイドを樹立し、phenotype別解析を行った。膵癌オルガノイドは３次元培養条件下において、単独培養に比べて膵星細胞との直接共培養を行った際に有意に浸潤能が亢進することを発見した。さらにオルガノイドのコラーゲン内浸潤に、癌微小環境内に存在する膵星細胞のMMP2やMT1-MMPが、コラーゲンⅣからなる基底膜の破壊を介して強い影響を与えていることを確認した。オルガノイド自体の基質リモデリング能と遺伝子発現の違いについては現在のところ有意なものは見つかっておらず、さらなる解析が必要である。

Strategy for Future Research Activity

In vivoにおける膵癌オルガノイドと遺伝子改変膵星細胞の共移植についてはさらに評価を進め、転移、播種に与える影響についても検討していく。現在までに得られた知見から、細胞外基質リモデリングをターゲットとした膵星細胞の遺伝子改変など、微小環境に応じた治療薬の選択、個別化治療の開発を目標にin vivoの検討を進めていく。

Research Products

• [Journal Article] Pancreatic stellate cells reorganize matrix components and lead pancreatic cancer invasion via the function of Endo180 (2018)
  • Author(s): Koikawa K, Ohuchida K, Takesue S, Ando Y, Kibe S, Nakayama H, Endo S, Abe T, Okumura T, Horioka K, Sada M, Iwamoto C, Moriyama T, Nakata K, Miyasaka Y, Ohuchida R, Manabe T, Ohtsuka T, Nagai E, Mizumoto K, Hashizume M, Nakamura M.
  • Journal Title: Cancer Letters Volume: 412 Pages: 143～154
  • DOI: 10.1016/j.canlet.2017.10.010
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 膵オルガノイドによる新たな膵癌局所微小浸潤機序の解明‐膵星細胞が誘導する基底膜破壊と間質浸潤‐ (2017)
  • Author(s): 肥川和寛、大内田研宙、岐部晋、安藤陽平、武居晋、中山宏道、阿部俊也、遠藤翔、奥村隆志、森山大樹、仲田興平、宮坂義浩、真鍋達也、大塚隆生、永井英司、水元一博、中村雅史
  • Organizer: 第117回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 膵癌局所浸潤を先導するleading cell －膵星細胞がつくる膵癌局所微少環境の機序解明－ (2017)
  • Author(s): 肥川和寛、大内田研宙、安藤陽平、岐部晋、中山宏道、武居晋、森山大樹、仲田興平、宮坂義浩、真鍋達也、大塚隆生、永井英司、水元一博、中村雅史
  • Organizer: 第38回癌免疫外科研究会
• [Presentation] 膵オルガノイドを用いたリアルタイムイメージングによる新たな膵癌局所微小浸潤機序の解明 (2017)
  • Author(s): 肥川和寛、大内田研宙、森山大樹、仲田興平、宮坂義浩、真鍋達也、大塚隆生、永井英司、水元一博、中村雅史
  • Organizer: 第72回日本消化器外科学会総会