低酸素環境に潜むCML幹細胞の動態解明に基づく革新的な分子標的治療法の開発

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K07171
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 前川 平 京都大学, 医学研究科, 教授 (80229286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 平位 秀世 京都大学, 医学研究科, 助教 (50315933)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 慢性骨髄性白血病 / 白血病幹細胞 / 低酸素 / C/EBPβ / インターフェロンα / STAT5

Outline of Annual Research Achievements

チロシンキナーゼ阻害剤(TKI)は慢性骨髄性白血病(CML)患者の予後を劇的に改善したが、治療抵抗性および再発という大きな課題が残され、その原因はCML幹細胞が残存していることにある。CML前駆細胞を連続的に生み出すCML幹細胞は低酸素環境でBCR-ABL非依存性に生存しTKIの標的となると考えられ、BCR-ABLを標的にする戦略では低酸素環境に潜むCML幹細胞の殲滅は期待できない。これまでの研究において、我々は転写因子C/EBP βの発現がCML幹細胞を枯渇させる方向に働くことを見出した。
本研究では「幹細胞性」を有する低酸素適応CML細胞株ではC/EBPβの発現低下を認めた。低酸素環境に潜むCML幹細胞の動態解明に基づき、CML幹細胞の殲滅を目指した分子標的治療法を開発するための研究を引き続き行った結果、BCR-ABLを介さずC/EBPβの発現を増強してGo期にあるCML幹細胞を細胞周期に導入させ、BCR-ABL依存性の増殖相に誘導すれば、TKIの標的にできると考えられた。その結果、インターフェロンα(IFNα)がSTAT5を介してBCR-ABL非依存性にC/EBPβの発現を上昇させることをin vitroで見出した。IFNαが実際にin vivoでCML 幹細胞の枯渇に作用するかについて検討するため、WT およびC/EBPβ KO マウスの骨髄細胞に、レトロウイルスを用いてBCR-ABL を遺伝子導入し、放射線照射したマウスに骨髄移植し、1 次レシピエントに対してIFNを投与した後に骨髄を採取し、フローサイトメトリーによるCML 幹細胞数の測定、2 次レシピエントでのCML発症や生存を観察した。その結果、確かにin vivoにおいてもIFNαがC/EBPβの発現を上昇させることで、CML幹細胞を枯渇させ得ることを確認した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

インターフェロンα(IFNα)がSTAT5を介してBCR-ABL非依存性にC/EBPβの発現を上昇させることをin vitroで見出すとともに、IFNαが実際にin vivoでCML 幹細胞の枯渇に作用するかについて検討した結果、確かにin vivoにおいてもIFNαがC/EBPの発現を上昇させることで、CML幹細胞を枯渇させることを確認した。In vivoの検討及びそのメカニズムの解明の一部分は、次年度に実験を予定していたものである。

Strategy for Future Research Activity

今までの研究内容は、レトロウイルスを用いてBCR-ABL をWT およびC/EBP KO マウスの骨髄細胞に遺伝子導入した実験系を用いたものである。次年度は、CML患者検体を用いて、本年度で明らかにした現象が再現できるか確認したい。従来、IFNαのCML における治療効果の分子メカニズムは必ずしも明らかではなかったが、本研究成果によりCML患者細胞でも同様のことが確認できれば、CML 幹細胞の枯渇による治癒を目指した有効な治療戦略の確立につながることが期待される。

Causes of Carryover

慢性骨髄性白血病患者検体を患者検体を入手するのに、倫理委員会での手続きに時間がかかったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

本年度はレトロウイルスを用いてBCR-ABL をWT およびC/EBP KO マウスの骨髄細胞に遺伝子導入した実験系を用いて研究を遂行した。次年度は、本年度にマウス細胞を用いて観察した現象が再現できるか確認したい。次年度の研究計画が首尾よく遂行できれば、論文作成に取りかかれると考えている。

Research Products

• [Journal Article] Pharmacological targeting of bone marrow mesenchymal stromal/stem cells for the treatment of hematological disorders (2017)
  • Author(s): Sugino Noriko、Ichinohe Tatsuo、Takaori-Kondo Akifumi、Maekawa Taira、Miura Yasuo
  • Journal Title: Inflamm Regen Volume: 37 Pages: 1～7
  • DOI: 10.1186/s41232-017-0038-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] I A clinical trial for Kienbock disease by cultured autologous multipotent mesenchymal stromal cells augmented with vascularized bone grafts: A report of five cases. (2017)
  • Author(s): Ikeguchi R, Aoyama T, Kakinoki R, Ueda M, Kasai Y, Maekawa T, Tada H, Yamamoto M, Matsuda S, Nakamura T, Toguchida J.
  • Journal Title: J Orthop Sci Volume: 17 Pages: 30032-30035
  • DOI: 10.1016/j.jos.2017.02.002.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bortezomib interferes with adhesion of B cell precursor acute lymphoblastic leukemia cells through SPARC up-regulation in human bone marrow mesenchymal stromal/stem cells. (2017)
  • Author(s): Iwasa M, Miura Y, Fujishiro A, Fujii S, Sugino N, Yoshioka S, Yokota A, Hishita T, Hirai H, Andoh A, Ichinohe T, Maekawa T.
  • Journal Title: Int J Hematol Volume: 105 Pages: 704-705
  • DOI: 10.1007/s12185-016-2169-x.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Constitutively active ABL family kinases, TEL/ABL and TEL/ARG, harbor distinct leukemogenic activities in vivo. (2017)
  • Author(s): Yokota A, Hirai H, Shoji T, Maekawa T, Okuda K.
  • Journal Title: Leukemia Volume: Epub ahead of print Pages: Epub ahead
  • DOI: 10.1038/leu.2017.114.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Isolation of mesenchymal stromal/stem cells from cryopreserved umbilical cord blood cells. (2017)
  • Author(s): Fujii S, Miura Y, Iwasa M, Yoshioka S, Fujishiro A, Sugino N, Kaneko H, Nakagawa Y, Hirai H, Takaori-Kondo A, Ichinohe T, Maekawa T
  • Journal Title: J Clin Exp Hematopathol Volume: 57 Pages: Epub ahead
  • DOI: 10.3960/jslrt.16019.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Impact of Antibodies that React with Liver Tissue and Donor-specific anti-HLA Antibodies in Pediatric Idiopathic Posttransplantation Hepatitis. (2017)
  • Author(s): Hirata Y, Yoshizawa A, Egawa H, Ueda D, Okamoto S, Okajima H, Yurugi K, Hishida R, Hirai H, Miyagawa-Hayashino A, Maekawa T, Haga H, Uemoto S
  • Journal Title: Transplantation Volume: 101 Pages: 1074-1083
  • DOI: 10.1097/TP.0000000000001653
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The combination of panobinostat with ponatinib synergistically overcomes imatinib-resistant CML cells. (2016)
  • Author(s): Matsuda Y, Yamauchi T, Hosono N, Uzui K, Negoro E, Morinaga K, Nishi R, Yoshida A, Kimura S, Maekawa T, Ueda T
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 107 Pages: 1029-1038
  • DOI: 10.1111/cas.12965
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genotyping of relapsing polychondritis identified novel susceptibility HLA alleles and distinct genetic characteristics from other rheumatic diseases. (2016)
  • Author(s): Terao C, Yoshifuji H, Yamano Y, Kojima H, Yurugi K, Miura Y, Maekawa T, Handa H, Ohmura K, Saji H, Mimori T, Matsuda F
  • Journal Title: Rheumatology (Oxford) Volume: 55 Pages: 1686-1692
  • DOI: 10.1093/rheumatology/kew233
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Early osteoinductive human bone marrow mesenchymal stromal/stem cells support an enhanced hematopoietic cell expansion with altered chemotaxis- and adhesion-related gene expression profiles. (2016)
  • Author(s): Sugino N, Miura Y, Yao H, Iwasa M, Fujishiro A, Fujii S, Hirai H, Takaori-Kondo A, Ichinohe T, Maekawa T
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 469 Pages: 823-829
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.12.061
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 凍結保存されたさい帯血細胞からの間葉系幹細胞分離 (2017)
  • Author(s): 藤井紀恵，三浦康生，岩佐磨佐紀，吉岡聡，藤城綾，杉野典子，平位秀世，高折晃史，一戸辰夫，前川平
  • Organizer: 第３９回日本造血細胞移植学会総会
• [Presentation] C/EBPβのアイソフォームと造血幹細胞制御 (2017)
  • Author(s): 佐藤淳至、平位秀世、横田明日美、前川平
  • Organizer: 第21回造血器腫瘍研究会
• [Presentation] Late Adherent Subpopulation in Umbilical Cord Blood Has the Same Characteristics and Hematopoiesis-Supporting Capacity As Mesenchymal Stromal/Stem Cells. (2016)
  • Author(s): Yoshioka S, Miura Y, Iwasa M, Fujishiro A, Sugino N, Fujii S, Nakagawa Y, Sato A, Yokota A, Hirai H, Ichinohe T, Takaori-Kondo A, Maekawa T
  • Organizer: American Society of Hematology, 58th Annual Meeting and Exposition
  • Place of Presentation: San Diego
  • Year and Date: 2016-12-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] C/EBPβ is a critical regulator of CML stem cell differentiation and exhaustion induced by interferon-α. (2016)
  • Author(s): Yokota A, Hirai H, Hayashi Y, Sato R, Adachi H, Sato F, Sato A, Tamura A, Iwasa M, Fujishiro A, Shoji T, Kashiwagi T, Kamio N, Torikoshi Y, Miura Y, Nakano M, Tashiro K, Maekawa T
  • Organizer: The American Society of Hematology 58th Annual Meeting and Exposition
  • Place of Presentation: San Diego
  • Year and Date: 2016-12-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] C/EBPβ Is Required for Survival of Ly6C- Monocytes after Committment to Monocyte Lineage through Upregulation of Csf1r. (2016)
  • Author(s): Tamura A, Hirai H, Yokota A, Kamio N, Sato A, Shoji T, Kashiwagi T, Torikoshi Y, Iwasa M, Fujishiro A, Miura Y, Maekawa T
  • Organizer: American Society of Hematology, 58th Annual Meeting and Exposition
  • Place of Presentation: San Diego
  • Year and Date: 2016-12-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ABL family kinase, ARG drives mastocytosis in mice by sensitizing HPCs to IL-3 and SCF. (2016)
  • Author(s): Yokota A, Hirai H,Shoji T, Maekawa T, Okuda K
  • Organizer: 第78回日本血液学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-10-15
• [Presentation] The C/EBPβ transcription factor mediates exhaustion of CML stem cells induced by IFNα (2016)
  • Author(s): Yokota A, Hirai H, Sato A, Tamura A, Shoji T, Kashiwagi T, Fujishiro A,Iwasa M, Miura Y, Hayashi Y, Maekawa T
  • Organizer: 第78回日本血液学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-10-14
• [Presentation] Human bone marrow mesenchymal stromal/sem cells modulate IMiDs-induced differentiation of HSPCs. (2016)
  • Author(s): Fujii S, Miura Y, Iwasa M, Fujishiro A, Sugino N,Sato A, Yokota A, Hirai H,Takaori-Kondo A, Ichinohe T, Maekawa T
  • Organizer: 第78回日本血液学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-10-13
• [Presentation] Stress-induced translational alteration of C/EBPβ isoforms regulates the behavior of HSPCs. (2016)
  • Author(s): Sato A, Hirai H, Yokota A, Tamura A, Shoji T, Kashiwagi T, Iwasa M, Fujishiro A, Miura Y, Ando A, Maekawa T
  • Organizer: 第78回日本血液学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-10-13
• [Presentation] The C/EBPβ transcription factor promotes exhaustion of CML stem cells in response to interferon-α. (2016)
  • Author(s): Yokota A, Hirai H, Hayashi Y, Sato R, Adachi H, Sato F, Sato A, Tamura A, Miura Y, Nakano M, Tashiro K, Maekawa T
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-10-07
• [Presentation] The C/EBPβ Transcription Factor Mediates the Effect of IFNα on CML Stem Cells Through Promoting Their Differentiation and Exhaustion. (2016)
  • Author(s): Yokota A, Hirai H, Hayashi Y, Sato R, Adachi H, Sato F, Sato A, Tamura A, Iwasa M, Fujishiro A, Shoji T, Kashiwagi T, Miura Y, Nakano M, Tashiro K, Maekawa T
  • Organizer: The 5th JCA-AACR Special Joint Conference
  • Place of Presentation: 舞浜市
  • Year and Date: 2016-07-14
  • Int'l Joint Research
• [Book] Chemotherapy for leukemia - novel drugs and treatment (2017)
  • Author(s): Maekawa T
  • Total Pages: 361
  • Publisher: Springer Nature Singapore