2020 Fiscal Year Annual Research Report
オルガノドライブラリーの構築による消化器疾患形質の統合的理解
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17H06176
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
佐藤 俊朗 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (70365245)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | オルガノイド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年，腫瘍疾患などのゲノム・エピゲノム異常を網羅的に解析できるようになったが，ヒト組織の生物的形質変化を解析するアプローチが欠如している．我々は，オルガノイド技術をヒト消化器疾患組織に応用し，下記の３つの課題に取り組んでいる．
（１）消化器疾患オルガノイドライブラリーの構築：これまでに大腸腫瘍（Cell Stem Cell 2016，Nature 2020），膵がん（Cell Stem Cell 2018），胃がん（Cell 2018）のオルガノイドライブラリーを構築し，その分子遺伝学的な多階層データの取得を行っている．さらに難治性疾患や希少疾患を優先的に収集し，多階層データとオルガノイドをバイオバンクすることで，多様な医薬生物学研究の有用なリソースの提供を目指す．
（２）ゲノム編集システムによるGenotype-Phenotype解析系の確立：ゲノム編集技術をオルガノイドに応用し，遺伝学的変化の再構築とその形質変化のプロスペクティブな実験医学的検証を行っている（Nature 2017，Cell 2018，Cell Stem Cell 2018）．複雑な遺伝子変化の多様性を含む疾患上皮と異なり，疾患を特徴づける遺伝子変化を抽出・再構築し，疾患発症メカニズムの解明のみならず，創薬スクリーニングによる新規治療法の開発も視野に入れる．
（３）薬剤感受性形質の多次元的理解と予測アルゴリズムの創出：ゲノム異常と変容した遺伝子ネットワークから薬剤代謝やターゲット分子のシグナル変化を包括的に理解する研究システムを構築中である．ヒトがん幹細胞のLGR5を用いた可視化と標的治療など，臨床腫瘍の特性を保持した疾患オルガノイドと化合物による変化を多次元データとして取得し，生成された多階層データの解析により，治療薬の効果発現に寄与する遺伝子変異・変化の網羅的な抽出をすすめている
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
今年度も臨床サンプルからのオルガノイドの樹立，包括的なゲノム解析を継続した．また，連携機関の拡大により効率的なサンプル収集が可能となり，国際的な競争力の向上，国内外の疾患オルガノイドの需要に応える環境整備につながった．
臨床検体由来サンプルからのオルガノイド樹立を継続し，バイオバンクとしての機能の拡充を行う．大腸，胃，膵臓に続き，稀少がんや他の消化器がんの発症メカニズムの解明を目指し，包括的な分子解析，Genotype-Phenotype解析を行った。２０例の稀少がんである内分泌細胞がんよりオルガノイドライブラリーを作成し、通常の腺がんオルガノイドとは異なる変異パターン、生物学的特徴があることを見出した。生物学的特徴の中でも、エピゲノム変化によるEGFやWntなどのニッチ因子非依存性は本疾患の治療戦略上にも重要な発見である。さらに、ゲノム編集により、正常の大腸上皮オルガノイドから変異を加えることによって人工的な内分泌細胞がんの発がんモデルを開発した。エピゲノム変化も導入することにより、分子遺伝学的および生物学的な形質を擬似化する人工発がんモデルの開発に成功した。本成果はCell誌に報告された（Kawasaki et al. Cell 2020）.
胃がんオルガノイドライブラリーの解析を進め、本邦で社会問題ともなっているスキルス胃がんの発症機序に迫る成果も挙げた。これまでに、スキルス胃がん組織は印鑑細胞がんと未分化がんが混在することが知られていたが、我々は培養中のWntを制御することによって、２つの組織型の異なるがんがWnt活性化の違いによる変化であることを見出した(Togasaki et al. Gastroenterology 2021)。本研究により、スキルス胃がんに対する病理診断および治療開発に洞察が得られ、今後の胃がん研究の進展に貢献した。このように，研究は順調に経過している．
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き，臨床検体由来サンプルからのオルガノイド樹立を継続し，バイオバンクとしての機能の拡充を行う．大腸，胃，膵臓に続き，食道がん、胆管がんや他の消化器がんの発症メカニズムの解明を目指し，包括的な分子解析，Genotype-Phenotype解析をすすめる．
また，Genotype-Phenotypeデータに基づき，オルガノイドへのゲノム編集技術を用いて，プロスペクティブな検証を行う．遺伝子改変オルガノイドの作成とシステム解析を行い，不足する疾患因子の同定と追加遺伝子改変を行う解析サイクルの繰り返しにより，精緻な疾患組織のゲノム異常の再現を目指す．異種移植実験によるin vivo形質との相関性を確認し，堅牢なデータ構築を推進する．さらにゲノム編集ノックインレポーターを駆使した疾患形質の可視化を目指す．
また，前年度までに確立してきたHigh Throughput Screeningを最適化し，その薬剤感受性の定量化とシステム解析データとの統合解析を行う．新しいゲノム情報と感受性薬剤の組み合わせを見出し，臨床の化学療法感受性を予測可能な精度の個別化医療応用プラットフォームの確立を目指す．
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] An organoid-based organ-repurposing approach to treat short bowel syndrome2021
Author(s)
Sugimoto S, Kobayashi E, Fujii M, Ohta Y, Arai K, Matano M, Ishikawa K, Miyamoto K, Toshimitsu K, Takahashi S, Nanki K, Hakamata Y, Kanai T, Sato T.
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Journal Title
Nature
Volume: 592
Pages: 99-104
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] An Organoid Biobank of Neuroendocrine Neoplasms Enables Genotype-Phenotype Mapping2020
Author(s)
Kawasaki K, Toshimitsu K, Matano M, Fujii M, Togasaki K, Ebisudani T, Shimokawa M, Takano A, Takahashi S, Ohta Y, Nanki K, Igarashi R, Ishimaru K, Ishida H, Sugimoto S, Yasuda H, Kitagawa Y, Kanai T, Nakagawa H, Sato T.
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Journal Title
Cell
Volume: 183
Pages: 1420～1435.e21
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Regulated IFN signalling preserves the stemness of intestinal stem cells by restricting differentiation into secretory-cell lineages2020
Author(s)
Sato T, Ishikawa S, Asano J, Yamamoto H, Fujii M, Sato T, Yamamoto K, Kitagaki K, Akashi T, Okamoto R, Ohteki T.
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Journal Title
Nat Cell Biol
Volume: 22
Pages: 919-926
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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