Analysis of molecular mechanisms underlying acquired resistance of tumor cells responding to anti-tumor immunity

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02695
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 竹田 和由 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (80272821)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 抗腫瘍免疫 / 免疫抵抗性 / TRAIL / DR5 / 抗DR5抗体 / Importin β1

Outline of Annual Research Achievements

癌免疫療法が免疫チェックポイント阻害剤の効果により脚光を浴びている一方で、抗腫瘍免疫反応に応答して癌細胞が免疫抵抗性形を獲得することが示されている (acquire resistance)。申請者は、癌特異的な細胞傷害性T細胞の産生するIFN-γに応答して癌細胞に新たな変異が誘導され、癌細胞が免疫抵抗性となり免疫治療をエスケープすることを報告した(cancer genome immunoediting)。本研究の目的は、発癌・増殖の過程を通じて、癌微小環境で抗腫瘍免疫反応に応答して癌細胞の遺伝子不安定性が増強し、癌細胞が免疫抵抗性を獲得し悪性度を増強する分子機構を明らかにすることである。一方で申請者は、TRAIL/DR5による癌細胞の細胞死誘導が発癌サーベイランスや癌転移抑制機構において重要であること、さらにはTRAIL/DR5による細胞死誘導を応用した強力な癌治療も報告している。これまでの本申請研究で、ヒト癌細胞はDR5の細胞表面への発現を低下させることとでTRAILや抗DR5抗体による細胞死誘導に対して耐性を獲得することを見出しており、その発現抑制メカニズムの解析を進めている。今年度は、このDR5の細胞表面への発現低下による細胞死への耐性獲得を克服する新規治療法の開発研究を行った。具体的には、癌細胞はImportin β1の発現によりDR5を核内に移行させ細胞表面の発現を減弱させるのを抑制するために、atelocollagenを用いたshRNAによるImportin β1発現の生体内でのノックアウト、又はImportin β1の特異的抑制剤であるimportazolの投与を抗DR5抗体治療と併用することが、細胞死抵抗性の癌に対しても非常に強力な腫瘍治療効果を発揮できることを報告した(in press)。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では、網羅的遺伝子解析と細胞生物学的解析を並行して行い、癌細胞が抗腫瘍免疫に応答して免疫回避能を獲得する分子機構を解析する。癌細胞におけるDR5の発現低下がTRAILや抗DR5抗体による細胞死誘導に耐性となる、これまでの研究で見出していた知見に基づき、Importin β1の阻害によるDR5の癌細胞表面への発現増強が抗DR5抗体の抗腫瘍効果の増強に至ることを今年度の研究成果として報告した。これは、本申請研究の方向性の正当性が示されたものと考えている。宿主免疫を誘導しながらも増殖を続けるneoantigen/rasH2発現癌細胞由来のクローンをこれまでの研究により既に得られているので、今後はこの細胞を用いた研究を中心に進めていきたい。

Strategy for Future Research Activity

当初の計画に従い、single cell解析が可能な特徴的な遺伝子配列を持つバーコード遺伝子を導入したneoantigen/rasH2発現癌細胞の作製を進める。その後、この癌細胞をWTまたはRAGノックアウトマウスに皮下移植し、種々の免疫療法を施し、治療抵抗性を獲得し増殖する癌細胞から得たsingle cellからDNAおよびRNAを抽出し、免疫反応やゲノムの不安定化、癌幹細胞化に関連する分子等の遺伝子の発現変化を解析する。同時に、バーコード遺伝子の導入が難航した場合に備えて、バーコード遺伝子導入前の細胞を用いた同様の研究も進める。さらに、これらに解析により結果が得られるには時間がかかることも考えられるため、本年度の研究業績の概要に示した様な、これまでの解析により生体内で増殖している癌細胞に後天的に発現することが示されている分子の抗腫瘍免疫に対する作用の解析を並行して行う。

Research Products

• [Journal Article] Phase II adjuvant cancer-specific vaccine therapy for esophageal cancer patients curatively resected after preoperative therapy with pathologically positive nodes; possible significance of tumor immune microenvironment in its clinical effects. (2020)
  • Author(s): Yasuda, T., Nishiki, K., Hiraki, Y., Kato, H., Iwama, M., Shiraishi, O., Yasuda, A., Shinkai, M., Kimura, Y., Sukegawa, Y., Chiba, Y., Imano, M., Takeda, T., Satou, T., Shiozaki, H., and Nakamura, Y.
  • Journal Title: Annals of Surgery Volume: - Pages: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibition of Importin β1 Augments the Anticancer Effect of Agonistic Anti-Death Receptor 5 Antibody in TRAIL-resistant Tumor Cells. (2020)
  • Author(s): Kojima, Y., Nishina, T., Nakano, H., Okumura, K.,and Takeda, K.
  • Journal Title: Mol. Cancer Ther. Volume: 19 Pages: 1123-1133
  • DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-19-0597
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CD96 is immune checkpoint that regulated CD8+ T-cell antitumor function. (2019)
  • Author(s): Mittal, D., Lepletier, A., Madore, J., Aguilera, A. R., Stannard, K., Blake, S. J., Whitehall, V. J. L., Liu, C., Bettington, M. L., Takeda, K, Long, G. V., Scolyer, R. A., Lan, R., Siemers, N., Korman, A., Teng, M. W. L., Johnston, R. J., Dougall, W. C., and Smyth, M. J.
  • Journal Title: Cancer Immunol. Res. Volume: 7 Pages: 559-571
  • DOI: 10.1158/2326-6066.CIR-18-0637
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effect of oral consumption of Panax ginseng aqueous extract on natural killer cell cytotoxicity in human. (2019)
  • Author(s): Takeda, K., and Okumura, K.
  • Journal Title: Pers. Medi. Univers. Volume: 8 Pages: 20-26
  • DOI: 10.1016/j.pmu.2018.09.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stromal fibroblasts induce metastatic tumor cell clusters via epithelial-mesenchymal plasticity. (2019)
  • Author(s): Matsumura, Y., Ito, Y., Mezawa, Y., Sulidan, K., Daigo, Y., Hiraga, T., Mogushi, K., Wali, N., Polanska, U., Suzuki, H., Itoh, T., Miyagi, Y., Yokose, T., Shimizu, S., Takano, A., Terao, Y., Saeki, H., Ozawa, M., Abe, M., Takeda, S., Okumura, K., Habu, S., Hino, O., Takeda, K., Hamada, M., and Orimo, A.
  • Journal Title: Life Sci. Alliance Volume: 2 Pages: e201900425
  • DOI: 10.26508/lsa.201900425
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Mobilization and Fcγ-Receptor Expression of Six Cell Subsets, During and After Acute Exercise. American College of Sports Medicine (2019)
  • Author(s): 鈴井正敏、竹田和由、Shek, P. N.、Shephard, R. J.、奥村康
  • Organizer: the 66th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CAF-induced partial epithelial-mesenchymal transition mediated formation of metastatic human breast cancer clusters. (2019)
  • Author(s): 折茂彰、伊藤恭彦、目澤義弘、醍醐弥太郎、樋野興夫、竹田和由、浜田道昭、松村優子
  • Organizer: 第78回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Importin β1 inhibition augments anticancer effect of anti-DR5 agonistic antibody in TRAIL resistant tumor cells. (2019)
  • Author(s): 小島裕子、仁科隆史、中野裕康、奧村康、竹田和由
  • Organizer: 第78回日本癌学会学術総会