分化の揺らぎを克服する新規大腸がん治療戦略の構築

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03659
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 妹尾 浩 京都大学, 医学研究科, 教授 (90335266)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中西 祐貴 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (40838679)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 大腸がん

Outline of Annual Research Achievements

一般にがん幹細胞は未分化性と多分化能を保ち、子孫がん細胞は相対的な分化状態に入り増殖すると言われる。しかしその分化状態は固定したものではなく、がん微小環境やがん細胞内のジェネティック、エピジェネティックな変化によって、分化したがん細胞が再び未分化性を獲得するなど、いわば「分化の揺らぎ」が存在する。このような分化の揺らぎをもたらすメカニズムの解明はがんのバイオロジーを理解するうえで重要であり、分化の揺らぎの克服はがんの治療抵抗性を乗り越えるための大きな鍵のひとつといえる。これまでに研究代表者らは、大腸がんに備わる分化の揺らぎと複雑性についてがん幹細胞を中心に検討し、大腸がんモデルマウスでDclk1陽性腫瘍/がん幹細胞が未分化性を保ったまま様々な分化状態の子孫腫瘍/がん細胞を供給することを報告した。さらにヒト大腸がんオルガノイドで、IL17RB陽性がん幹細胞がタフト細胞の規定因子POU2F3を発現し、未分化性とある種の分化フェノタイプを両立しながら子孫がん細胞を供給することを示した。これらDclk1/IL17RB陽性腫瘍/がん幹細胞を選択的に排除すると、正常組織に傷害なくマウス/ヒトの腸腫瘍/大腸がんオルガノイド、PDXは短期的には劇的に退縮した。しかしその後時間の経過とともに、Dclk1/IL17RB陽性の腫瘍/がん幹細胞が、POU2F3の発現をともなって子孫腫瘍/がん細胞から新たに出現し、再び腫瘍/がん組織を形成することが明らかになってきた。そこで研究代表者らは、大腸がんに分化の揺らぎが生じるメカニズムはなにか、分化の揺らぎを克服することによる大腸がん治療は可能か、この両者を本研究の「問い」として設定し、(1)分化の揺らぎを司る因子の包括的解析、(2)未分化性と分化フェノタイプを両立させるメカニズムの検討、(3)分化の揺らぎを制御する多角的アプローチの検証を行った。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究代表者らは、複数の大腸がん患者由来オルガノイドを用いて、子孫がん細胞からがん幹細胞が再出現する過程で、がん細胞の内在性シグナルが経時的にどのように変動するかを検討した。さらに、POU2F3発現に与える内的、外的因子を検討し、がん幹細胞に未分化性と分化フェノタイプを与えるシグナル・カスケードを絞り込んだ。さらに、分化の揺らぎを無効化する観点から、研究代表者らの保持する遺伝子改変モデルマウス（ApcMin; Dclk1-CreERT; iDTRマウス）、ヒト大腸がんオルガノイドおよびPDXモデル（DCLK1-CreERTまたはIL17RB-CreERT、およびCMV-floxed dsRed-iCaspase9-EGFPシステム）で継続してDCLK1/IL17RB陽性がん幹細胞を排除し続けることによる、がんの退縮効果を検証した。このように、独自のマテリアルを用い、がんに分化の揺らぎをもたらすメカニズムを多角的に解析し、大腸がんのバイオロジーに迫りつつある。そのため、現在までの進捗状況を「おおむね順調に進捗している」と評価した。

Strategy for Future Research Activity

CMS4大腸がんは間質反応の活性化と予後の不良を特徴とし、「幹細胞タイプ」に分類される。事実、CMS4大腸がんにはDCLK1陽性細胞の比率が高く、CMS4大腸がんの間質がニッチとしてがん幹細胞性/未分化性を優勢に維持することが示唆される。そこで、ヒト大腸がん臨床検体のscRNA-seq解析によりCMS4および非CMS4群を規定するとともに、構成細胞集団における包括的な遺伝子発現プロファイルを比較する。それにより、がん細胞の分化を制御する因子のヒト臨床検体を用いた検証を行う。また、組織切片で分化の揺らぎを制御する因子、あるいは未分化性と分化フェノタイプを両立させる因子がどのように局在するかを免疫染色等により確認する。DCLK1/IL17RB/POU2F3のほか、既知のがん幹細胞マーカーの陽性細胞、分化マーカー陽性のがん細胞、様々な間質の構成細胞の局在との関係を検証し、大腸がん組織における分化の揺らぎを制御するニッチの空間的特性を明らかにする。これらのデータをもとに、分化の揺らぎを制御する因子、あるいは未分化性と分化フェノタイプを両立させる因子への介入ストラテジーを検討する。

Research Products

• [Journal Article] In situ vaccination using unique TLR9 ligand K3-SPG induces long-lasting systemic immune response and synergizes with systemic and local immunotherapy (2022)
  • Author(s): Okada H, Takahashi K, Yaku H, Kobiyama K, Iwaisako K, Zhao X, Shiokawa M, Uza N, Kodama Y, Ishii KJ, Seno H.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 12 Pages: 2132-2132
  • DOI: 10.1038/s41598-022-05702-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Gastric Hyperplastic Polyps Can Shrink After Discontinuation of Proton Pump Inhibitors: A Case Series Compared With Continuation of Proton Pump Inhibitors (2022)
  • Author(s): Nikaido M, Miyamoto S, Utsumi T, Shimizu T, Nakanishi Y, Kumagai K, Teramura M, Setoyama T, Seno H.
  • Journal Title: J Clin Gastroenterol. Volume: 56 Pages: e216-e221
  • DOI: 10.1097/MCG.0000000000001577
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of an Anti-Integrin αvβ6 Autoantibody in Patients With Ulcerative Colitis (2021)
  • Author(s): Kuwada T, Shiokawa M, Kodama Y, Ota S, Kakiuchi N, Nannya Y, Yamazaki H, Yoshida H, Nakamura T, Matsumoto S, Muramoto Y, Yamamoto S, Honzawa Y, Kuriyama K, Okamoto K, Hirano T, Okada H, Marui S, Sogabe Y, Morita T, Matsumori T, Mima A, Nishikawa Y, Ueda T, Matsumura K, Uza N, Chiba T, Seno H.
  • Journal Title: Gastroenterology. Volume: 160 Pages: 2383-2394
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2021.02.019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Essential role of Notch/Hes1 signaling in postnatal pancreatic exocrine development (2021)
  • Author(s): Kuriyama K, Kodama Y, Shiokawa M, Nishikawa Y, Marui S, Kuwada T, Sogabe Y, Kakiuchi N, Tomono T, Matsumori T, Mima A, Morita T, Ueda T, Tsuda M, Yamauchi Y, Sakuma Y, Ota Y, Maruno T, Uza N, Kageyama R, Chiba T, Seno H.
  • Journal Title: J Gastroenterol. Volume: 56 Pages: 673-687
  • DOI: 10.1007/s00535-021-01779-
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Factors associated with inaccurate size estimation of colorectal polyps: A multicenter cross-sectional study (2021)
  • Author(s): Utsumi T, Horimatsu T, Nishikawa Y, Teramoto A, Hirata D, Iwatate M, Tanaka S, Ikezawa N, Esaki M, Osera S, Ebisutani C, Agatsuma N, Saito H, Sano Y, Seno H.
  • Journal Title: J Gastroenterol Hepatol. Volume: 36 Pages: 2224-2229
  • DOI: 10.1111/jgh.15464
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Medical costs according to the stages of colorectal cancer: an analysis of health insurance claims in Hachioji, Japan (2021)
  • Author(s): Utsumi T, Horimatsu T, Nishikawa Y, Hoshino N, Takahashi Y, Goto R, Kashihara S, Fukuyoshi J, Nakayama T, Seno H.
  • Journal Title: J Gastroenterol. Volume: 56 Pages: 903-913
  • DOI: 10.1007/s00535-021-01798-9
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Brg1 is required to maintain colorectal cancer stem cells (2021)
  • Author(s): Yoshikawa T, Fukuda A, Omatsu M, Namikawa M, Sono M, Fukunaga Y, Masuda T, Araki O, Nagao M, Ogawa S, Masuo K, Goto N, Hiramatsu Y, Muta Y, Tsuda M, Maruno T, Nakanishi Y, Kawada K, Takaishi S, Seno H.
  • Journal Title: J Pathol. Volume: 255 Pages: 257-269
  • DOI: 10.1002/path.5759
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Indolent feature of Helicobacter pylori-uninfected intramucosal signet ring cell carcinomas with CDH1 mutations (2021)
  • Author(s): Nikaido M, Kakiuchi N, Miyamoto S, Hirano T, Takeuchi Y, Funakoshi T, Yokoyama A, Ogasawara T, Yamamoto Y, Yamada A, Setoyama T, Shimizu T, Kato Y, Uose S, Sakurai T, Minamiguchi S, Obama K, Sakai Y, Muto M, Chiba T, Ogawa S, Seno H.
  • Journal Title: Gastric Cancer. Volume: 24 Pages: 1102-1114
  • DOI: 10.1007/s10120-021-01191-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Visceral fat obesity is the key risk factor for the development of reflux erosive esophagitis in 40-69-years subjects (2021)
  • Author(s): Ohashi S, Maruno T, Fukuyama K, Kikuchi O, Sunami T, Kondo Y, Imai S, Matsushima A, Suzuki K, Usui F, Yakami M, Yamada A, Isoda H, Matsumoto S, Seno H, Muto M, Inoue M.
  • Journal Title: Esophagus. Volume: 18 Pages: 889-899
  • DOI: 10.1007/s10388-021-00859-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Interinstitutional differences in diagnosis of the morphology of colorectal polyps in Japan: a nationwide database analysis (2021)
  • Author(s): Utsumi T, Horimatsu T, Nishikawa Y, Seno H.
  • Journal Title: Eur J Gastroenterol Hepatol. Volume: 33 Pages: e1072-e1073
  • DOI: 10.1097/MEG.0000000000002022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SNAIL2 contributes to tumorigenicity and chemotherapy resistance in pancreatic cancer by regulating IGFBP2 (2021)
  • Author(s): Masuo K, Chen R, Yogo A, Sugiyama A, Fukuda A, Masui T, Uemoto S, Seno H, Takaishi S.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 112 Pages: 4987-4999
  • DOI: 10.1111/cas.15162
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic Landscape of Multistep Hepatocarcinogenesis. (2021)
  • Author(s): Takeda H, Takai A, Eso Y, Takahashi K, Marusawa H, Seno H.
  • Journal Title: Cancers (Basel). Volume: 14 Pages: 568-568
  • DOI: 10.3390/cancers14030568
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 大腸の恒常性維持における EP4の役割と再生医療への応用について (2021)
  • Author(s): 松本善秀、 中西祐貴、 福田晃久
  • Organizer: 第107回日本消化器病学会総会
• [Presentation] 慢性萎縮性胃炎粘膜を構成する腸上皮化生腺管のゲノム異常の網羅的解析 (2021)
  • Author(s): 熊谷健、清水孝洋、高井淳
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
• [Presentation] SETDB1 IS REQUIRED FOR FORMATION OF PANCREATIC DUCTAL ADENOCARCINOMA BY INHIBITING APOPTOSIS THROUGH REGULATION OF P53 EXPRESSION (2021)
  • Author(s): 小川智、福田晃久、妹尾浩
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Bmi1 is required for pancreatic ductal adenocarcinoma formation through regulating PI3K/AKT pathway and acinar genes (2021)
  • Author(s): Makoto Sono, Akihisa Fukuda, Tomonori Masuda, Yuichi Fukunaga, Takaaki Yoshikawa, Osamu Araki, Munemasa Nagao, Satoshi Ogawa, Yukiko Hiramatsu, Takahisa Maruno, Yuki Nakanishi, Hiroshi Seno
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Simultaneous loss of Arid1a and Pten in pancreatic ductal cells induces ITPN and PDAC through activation of YAP/TAZ (2021)
  • Author(s): 福永裕一、福田晃久、薗誠、益田朋典、吉川貴章、荒木理、長尾宗政、平松由紀子、小川智、丸野貴久、中西佑貴、鶴山竜昭、妹尾浩
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Reck suppresses pancreatic cancer formation, epithelial-mesenchymal transition and metastasis in mice. (2021)
  • Author(s): Tomonori Masuda, Fukuda Akihisa, Sono Makoto, Fukunaga Yuichi, Yoshikawa Takaaki, Araki Osamu, Munemasa Nagao, Hiramatsu Yukiko, Ogawa Satoshi,Tsuda Motoyuki, Maruno Takahisa, Nakanishi Yuki, Matsuzaki Tomoko, Noda Makoto, Seno Hiroshi.
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Analysis of pancreato-biliary cancer development using mice and organoids (2021)
  • Author(s): Hiroshi Seno, Munemasa Nagao, Yuichi Fukunaga, Satoshi Ogawa, Takahisa Maruno, Akihisa Fukuda
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
• [Remarks] 京都大学消化器内科ウェブサイト
  • URL: https://gastro.kuhp.kyoto-u.ac.jp/