ヒト小腸を大腸化する運命決定因子の同定

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K19513
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 渡辺 守 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (10175127)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2019-03-31
• Keywords: 炎症性腸疾患 / 再生医療 / 幹細胞運命制御 / 大腸オルガノイド

Outline of Annual Research Achievements

本研究はヒト大腸上皮幹細胞の運命制御を明らかにすることにより、小腸上皮幹細胞を大腸上皮幹細胞に転換することで、ヒト小腸上皮から大腸上皮を作成することを目的とする。申請者は以前より炎症性腸疾患（IBD）の臨床・研究に従事している。IBDは慢性・難治性の炎症疾患であり、小腸・大腸に潰瘍を形成し、下痢・出血など重篤な症状を引き起こす。若年者に多く、本邦で患者数が急増していることからも根本的な対策が急務の状況である。これまでは、慢性炎症疾患であることから、免疫制御を中心とした治療・研究が行われてきた。しかし、免疫を標的とした治療のみでは粘膜が修復せず症状は一時的に改善しても再燃を繰り返すことから新しい治療法の開発が望まれている。そこで、粘膜修復を念頭に置いた腸上皮細胞の機能に着目し、上皮細胞における粘膜免疫制御や腸内細菌防御などの粘膜バリアー制御機構などを明らかとしてきた。さらに、上皮細胞幹細胞に着目し、大腸オルガノイドをマウス大腸潰瘍に移植すると大腸組織として生着するのみならず、潰瘍治癒促進効果を認めたことから大腸上皮幹細胞移植による再生医療はIBDの大腸粘膜治癒を目標とした次世代治療として確立できると考えた。現状では体性幹細胞である大腸上皮幹細胞を培養、増殖することが最善と思われ、さらに他家移植では拒絶反応の可能性もあるため自家移植が最も安全で有効な手段であると考えた。そこで大腸上皮幹細胞運命制御を明らかとし、小腸幹細胞から大腸幹細胞への人工的な転換技術を構築することで自家大腸上皮細胞の供給が可能となると着想した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

同一人物での内視鏡生検検体において小腸・大腸の発現差異を網羅的に検討し、大腸のみ発現している遺伝子群を抽出した。1症例において小腸・大腸差異を解析しており、小腸と大腸では最も発現差異が大きい遺伝子を同定した。
また、倫理審査委員会承認のもと、内視鏡生検検体からヒト小腸・大腸上皮幹細胞の初代培養及びオルガノイドによる持続的な継代培養技術を確立した。

Strategy for Future Research Activity

同定した発現差異の大きい遺伝子を小腸オルガノイドに遺伝子導入する。導入した小腸オルガノイドにおける大腸形質の獲得を確認する。また、大腸オルガノイドで遺伝子発現を消失させた際に小腸形質を獲得するか確認する。

Causes of Carryover

オルガノイド培養費用が見込みよりも安価であったため。次年度はオルガノイドに導入する遺伝子数を増加して検討すること及び患者由来オルガノイド樹立を追加することにより、オルガノイド培養費用として使用する見込みである。

Research Products

• [Journal Article] Single cell analysis of Crohn’s disease patient-derived small intestinal organoids reveals disease activity-dependent modification of stem cell properties. (2018)
  • Author(s): Suzuki K, Murano T, Shimizu M, Ito G, Nakata T, Fujii S, Ishibashi F, Kawamoto A, Anzai S, Kuno R, Kuwabara K, Takahashi J, Hama M, Nagata S, Hiraguri Y, Takenaka K, Yui S, Tsuchiya K, Nakamura T, Ohtsuka K, Watanabe M, Okamoto R
  • Journal Title: J Gastroenterol. Volume: 53 Pages: 1035-1047
  • DOI: 10.1007/s00535-018-1437-3.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] B cell activation in the cecal patches during the development of an experimental colitis model. (2018)
  • Author(s): Watabe T, Nagaishi T, Tsugawa M, Kojima Y, Jose N, Hosoya A, Onizawa M, Nemoto Y, Oshima S, Nakamura T, Karasuyama H, Adachi T, Watanabe M
  • Journal Title: Biochem Biophys res Commun. Volume: 496 Pages: 367-373
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.01.053.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] YAP/TAZ-dependent reprogramming of colonic epithelium links ECM remodeling to tissue regeneration. (2018)
  • Author(s): Yui S, Azzolin L, Maimets M, Pedersen M, Fordham R, Hansen S, Guiu J, Alves M, Rundsen C, Johansen J, Li Y, Madsen C, Nakamura T, Wanatabe M, Nielsen O, Schweiger P, Piccolo S, Jensen K
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 22 Pages: 35-49,
  • DOI: 10.1016/j.stem.2017.11.001.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Contribution of ATOH1+ cells to the homeostasis, repair and tumorigenesis of the colonic epithelium. (2018)
  • Author(s): Ishibashi F, Shimizu H, Nakata T, Fujii S, Suzuki K, Kawamoto A, Anzai S, Kuno R, Nagata S, Ito G, Murano T, Mizutani T, Oshima S, Tsuchiya K, Nakamura T, Watanabe M, Okamoto R
  • Journal Title: Stem Cell Rep. Volume: 10 Pages: 27-42
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2017.11.006.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Novel polyubiquitin imaging system, PolyUb-FC, reveals that K33-linked polyubiquitin is recruited by p62/SQSTM1. (2018)
  • Author(s): Nibe Y, Oshima S, Kobayashi M, Maeyashiki C, Matsuzawa Y, Otsubo K, Matsuda H, Aonuma E, Nemoto Y, Nagaishi T, Okamoto R, Tsuchiya K, Nakamura T, Nakada S, Watanabe M
  • Journal Title: Autophagy Volume: 24 Pages: 347-358
  • DOI: 10.1080/15548627.2017.1407889.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct intestinal adaptation for vitamin B12 and bile acid absorption revealed in a new mouse model of massive ileocecal resection. (2017)
  • Author(s): Matsumoto Y, Mochizuki W, Akiyama S, Matsumoto T, Nozaki K, Watanabe M, Nakamura T
  • Journal Title: Biol Open. Volume: 15 Pages: 1364-1374
  • DOI: 10.1242/bio.024927.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CCN3 expresssion marks a sulfomucin-nonproducing unique subset of colonic goblet cells in mice. (2017)
  • Author(s): Akiyama S, Mochizuki W, Nibe Y, Matsumoto Y, Sakamoto K, Oshima S, Watanabe M, Nakamura T
  • Journal Title: Acta histochem Cytochem. Volume: 50 Pages: 159-168,
  • DOI: 10.1267/ahc.17027.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Organoids as a therapy resource from clinical trial in a dish to engraftment. (2018)
  • Author(s): Watanabe M
  • Organizer: International Cluster Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The identification of lesion-specific gene expression in intestinal epithelial cells of Ulcerative Colitis by comparing colonic organoids from lesion and non-lesion parts of same patients. (2018)
  • Author(s): Nishimura R, Tsuchiya K, Shirasaki T, Watanabe S, Hibiya S, Okamoto R, Nakamura T, Watanabe M
  • Organizer: The 13th Congress of ECCO
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Long-chain fatty acid regulates autophagy and polyubiquitination in intestinal epithelial cells. (2018)
  • Author(s): Otsubo K, Maeyashiki C, Aonuma E, Matsuda H, Nibe Y, Kobayashi M, Matsuzawa Y, Watanabe M, Oshima S
  • Organizer: Keystone Symposia - Ubiquitin Signaling (A8)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stem Cell Therapy for IBD: Promise and Challenge. (2017)
  • Author(s): Watanabe M
  • Organizer: GZDDW2017
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Intestinal Epithelial Stem Cells for the Treatment of GI Disease. (2017)
  • Author(s): Watanabe M
  • Organizer: Digestive and Liver Diseases Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Analysis of ileocecal immune response in an experimental colitis model using intra-vital imaging. (2017)
  • Author(s): Watabe T, Nagaishi T, Hosoya A, Jose N, Tsugawa N, Kojima Y, Yoshikawa S, Karasuyama H, Adachi T, Watanabe M
  • Organizer: 第46回日本免疫学会学術集会
• [Presentation] Reprogrammed Atoh1+ intestinal epithelial cells contribute to regenerate damaged colonic mucosa in DSS-induced colitis. (2017)
  • Author(s): shibashi F, Shimizu H, Nakata T, Fujii S, Suzuki K, Kawamoto A, Anzai S, Kuno R, Nagata S, Ito G, Murano T, Oshima S, Tsuchiya K, Nakamura T, Okamoto R, Watanabe M
  • Organizer: UEGW2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lineage tracing reveals contribution of Atoh1+ cell-derived stem cells in the homeostasis, repair, and carcinogenesis of the intestinal epithelium. (2017)
  • Author(s): Ishibashi F, Shimizu H, Nakata T, Fujii S, Suzuki K, Kawamoto A, Anzai S, Kuno R, Nagata S, Ito G, Murano T, Oshima S, Tsuchiya K, Nakamura T, Okamoto R, Watanabe M
  • Organizer: DDW2017
  • Int'l Joint Research