2019 Fiscal Year Research-status Report

NK細胞のがん細胞殺傷能を規定する分子メカニズム

Research Project

Project/Area Number	18K15317
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	一瀬大志京都大学, 生命科学研究科, 特定研究員 (70815745)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	NK細胞 / 腫瘍免疫 / 生体イメージング / 肺転移 / バイオセンサー
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、ナチュラルキラー細胞 (NK細胞) ががん細胞を殺傷する際に活性化が認められるERKについて、活性化メカニズムの解明と生体内でがん細胞を殺傷する際のERK活性の動態を解明することを目的としている。昨年度までに、超高感度発光イメージングと生体二光子顕微鏡法を用いて、NK細胞が肺に転移するがん細胞を排除する様子を観察するイメージング系を確立した。当該年度では、前年度に確立した生体イメージング法により、NK細胞が血行性に肺転移するがん細胞を排除する様子を詳細に検討した。その結果、肺に存在するNK細胞にはその動きのパターンから、血流と同じ速度で流れるNK細胞と、血管内皮細胞を這うNK細胞の2種類に分類された。それぞれのがん細胞殺傷能を生体イメージング下に比較したところ、血管内皮を這うNK細胞は血中を流れるNK細胞に比べ非常に効率よくがん細胞を排除できることが明らかとなった。また、昨年度の研究において、NK細胞のERK活性化にはDNAM-1のシグナルが必要であることを明らかにしたことから、ERKの活性化がNK細胞のがん細胞認識の指標として使用できると考え、NK細胞特異的にERK-FRETバイオセンサーを発現するマウスを作出し、生体内で転移がんを殺傷する際のNK細胞のERK活性動態を解析した。その結果、がん細胞と接触してERK活性を上昇させたNK細胞は、非常に高い確率でがん細胞の細胞死を誘導することが明らかとなった。したがって、本研究を通して、生体内における、NK細胞の転移がん排除能の定量化に成功した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当初の計画以上に進んでいる理由として、NK細胞が肺転移したがんを殺傷する様子を効率よく生体イメージングで捉える系を確立したことの寄与が大きい。その結果、分子活性を指標としてNK細胞が生体内において、がん細胞を認識する効率及び殺傷する確率を算出することが可能となった。また、肺において、NK細胞の動きを3次元タイムラプス画像を用いて詳細に解析したところ、NK細胞は血液循環中に血管内皮に接着し、一定時間内皮上を這って移動した後、再び血流に乗って移動するという動きを繰り返していることがわかった。また、がん細胞を殺傷したNK細胞について、詳細にその動きを解析したところ、血液中を高速で流れるNK細胞に比べ、血管内皮細胞上を這うように移動するNK細胞が非常に高率にがん細胞を排除できることが明らかとなった。また、殺傷能の定量化に十分な情報量が得られたことで、定量解析や統計学的検定も可能となり、研究が飛躍的に進捗した。
Strategy for Future Research Activity	今後明らかにすべき課題は2つある。1つ目は、なぜ血管内皮を這うNK細胞が高率にがん細胞を排除できるのか、その分子メカニズムを解明することである。そこで、NK細胞と血管内皮細胞の接着による相互作用に着目した解析を行う予定である。そのために必要な、肺のイメージング中に静脈より薬剤を投与する実験系は構築済みである。 2つ目は、なぜがん細胞はNK細胞の攻撃を逃れて増殖できるのか、その分子メカニズムを解明することである。本研究では、内皮を這うNK細胞が非常に高率に転移したがん細胞を排除できることを確認したが、それにも関わらず、がん細胞はNK細胞による排除機構を回避し、増殖することを長期の発光イメージングにより確認しており、がん細胞の数を示す発光シグナルから、NK細胞の排除機構が時間とともに減衰していることが示唆されている。そこで、生体イメージング並びに、分子生物学的手法を用いて、NK細胞ががん細胞を殺傷できなくなったタイミングで、何が起こっているのかを詳細に解析する予定である。