2019 Fiscal Year Annual Research Report
Cancer stem cell purification and drug discovery support by the overall disease model using a new PDX model
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18H02840
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| Research Institution | Ehime University |
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Principal Investigator |
竹中 克斗 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (30301295)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 患者組織移植モデル / 免疫不全マウス / SIRPA / マクロファージ寛容 / がん幹細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒト正常造血幹細胞のアッセイ系として開発された免疫不全マウスによる異種移植の系は、ヒト造血・免疫系の動態や制御プロセスをin vivoで評価するモデルとして頻用されている。さらに、この系はヒト疾患再現モデルとして、造血器腫瘍・固形腫瘍の幹細胞純化や病態解明、幹細胞標的治療の開発、あるいはマウス内へのヒト細胞への感染実験モデル・ワクチン開発、薬剤安全性の前臨床試験への応用が期待されている。しかし、現在の異種移植系では、マウス内のヒト造血がB細胞系に偏る、赤芽球系・巨核球系の造血がみられない、急性白血病以外の腫瘍細胞の生着効率が低い、などの問題点が挙げられる。本研究では、「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」導入により、マウス環境を改変した次世代患者組織移植モデルを開発し、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデル構築によって、腫瘍性幹細胞純化・創薬開発の支援基盤を目的としている。
我々は、すでに、B6バックグラウンドで、Rag2欠損、IL2Rｇ欠損に、骨髄ニッチオープン化のためのKit変異を導入したB6.Rag2(null)IL2Rg(null)Kit(Wv/Wv)マウスを樹立し、「骨髄ニッチのオープン化」に成功し、Stem Cell Reports誌(2016年)に報告したが、さらに、BRGSにヒトSIRPAをノックインしたBRGhSラインも樹立し、「完全マクロファージ寛容」導入も完了した。当該年度では、BRGhSラインの移植レシピエントしての有用性を詳細に解析し、Blood誌（印刷中）に報告した。さらに、BRGSKとBRGhSを交配し、次世代PDXモデルの完成形であるBRGhSKの樹立とラインのコロニーの拡大を図っており、次年度では、引き続き、新規マウスラインの検証とともに、マウス内でのヒト疾患再構築と、幹細胞分画の同定を進めていく予定である。
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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
本課題では、新規患者組織移植（PDX）モデルを構築し、ヒト疾患再現モデルとして、造血器腫瘍・固形腫瘍の幹細胞純化や病態解明、幹細胞標的治療の開発、あるいはマウス内へのヒト細胞への感染実験モデル・ワクチン開発、薬剤安全性の前臨床試験への応用を目指し、これまでの知見と実績をベースに全般的疾患再現モデルを構築可能なPDXモデルを開発し、腫瘍性幹細胞純化や創薬開発支援の基盤整備を行っている。我々は、異種移植寛容の原因がSirpa多型にあることを突き止め (Nat Immunol 2007)、C57/BL6バックグランドでRag2およびIl2rgを欠損したマウスに、NOD型Sirpa変異を導入した新規免疫不全マウス(BRGS)を作製し、世界最高レベルのPDX効率を持つことを報告した(Blood 2013）。我々は、BRGSに、c-KitWv変異を追加導入したBRGSKラインを樹立し、「骨髄ニッチのオープン化」によって、より高いPDX効率と、これまでのモデルでは不可能であったヒト赤芽球系・巨核球系造血再構築を得ている(Stem Cell Reports 2016)。また、BRGSにヒトSIRPAをノックインしたBRGhSラインも樹立しており、「完全マクロファージ寛容」導入により、高いPDX効率と、皮下移植した大腸がん細胞株の増殖速度の亢進を得た（Blood 2020）。当該年度では、BRGhSラインが、造血器腫瘍のみでなく、大腸がんを含む固形がんの正着にも極めて有用であることが確認できたのは、大きな前進であった。現在は、BRGSKとBRGhSを交配した完成型BRGhSKのラインの拡大を行っている。Kitホモ変異は生殖能を欠くため、マウスコロニーの拡大に時間を要しているが、次年度では、マウス内での疾患再構築と、幹細胞分画の同定を進めていく予定であり、研究計画はおおむね順調に進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度では、BRGSKとBRGhSを交配し、次世代PDXモデルの完成形であるBRGhSKの樹立し、このラインの拡大を行ってきた。マウスコロニーの拡大には時間を要するため、次年度も引き続き、ラインの拡大は継続するが、同時に、新規に樹立したBRGSKマウスの胚凍結による保存も行っていく。次年度では、同時に、新規に樹立したBRGSKマウスの胚凍結による保存も行っていく。これまでのPDXモデルで疾患再構築が困難であった骨髄異形成症候群(MDS)、骨髄増殖性腫瘍(MPN)の検体から臨床病態の変化に伴い経時的にがん幹細胞亜分画を純化し、BRGhSKマウスを用いた機能解析を生体内で行い、各亜分画の病態進展における役割を明らかにする。当科には、文書による同意を得て凍結保存されている臨床検体が豊富にあり、現在も、臨床検体の集積を継続してる。また、他のグループと献体の共同利用を進めており、臨床情報を有する多数の検体をもって、上記の解析にあたる予定である。さらに、MPN/MDS幹細胞の純化・同定を進め、生体内がん幹細胞活性、分化能解析、遺伝子変異解析、トランスクリプトーム解析、エピゲノム解析などを行い、各亜群の機能的差異や、各クローンの階層性、連関と、臨床経過を照らし合わせることで、遺伝子変異や代謝変化がクローン進化に果たす役割を明らかにし、治療標的分子の網羅的解析を行っていく。最終的には、「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」導入により、マウス環境を改変した次世代患者組織移植モデルを開発し、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデル構築によって、腫瘍性幹細胞純化・創薬開発の支援基盤構築を目指している。
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[Journal Article] TKIs induce alternative spliced BCR-ABLIns35bp variant via inhibition of RNA polymerase Ⅱ on genomic BCR-ABL.2020
Author(s)
Yuda J, Odawara J, Minami M, Muta T, Kohno K, Tanimoto K, Eto T, Shima T, Kikushige Y, Kato K, Takenaka K, Iwasaki H, Minami Y, Ohkawa Y, Akashi K, Miyamoto T.
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Journal Title
Cancer Sci
Volume: 111
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Establishment of a human SIRPA knock-in xenograft mouse model to study human hematopoietic and cancer stem cells.2020
Author(s)
Jinnouchi F, Yamauchi T, Yurino A, Nunomura T, Nakano M, Iwamoto C, Obara T, Miyawaki K, Kikushige Y, Kato K, Maeda T, Miyamoto T, Baba E, Akashi K, Takenaka K.
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Journal Title
Blood
Volume: 135
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Comparison of Outcomes of Allogeneic Transplantation for Primary Myelofibrosis among Hematopoietic Stem Cell Source Groups.2019
Author(s)
Murata M, Takenaka K, Uchida N, Ozawa Y, Ohashi K, Kim SW, Ikegame K, Kanda Y, Kobayashi H, Ishikawa J, Ago H, Hirokawa M, Fukuda T, Atsuta Y, Kondo T.
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Journal Title
Biol Blood Marrow Transplant.
Volume: 25
Pages: 1536-1543
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Dedifferentiation process driven by TGF-beta signaling enhances stem cell properties in human colorectal cancer.2019
Author(s)
Nakano M, Kikushige Y, Miyawaki K, Kunisaki Y, Mizuno S, Takenaka K, Tamura S, Okumura Y, Ito M, Ariyama H, Kusaba H, Nakamura M, Maeda T, Baba E, Akashi K.
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Journal Title
Oncogene
Volume: 38
Pages: 780-793
DOI
Peer Reviewed
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