上皮、間葉系肝癌幹細胞による間質細胞リプログラミングの解明とその診断治療への応用

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02900
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 山下 太郎 金沢大学, 医薬保健研究域医学系, 教授 (90377432)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 癌幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

癌は様々な遺伝子異常が集積した癌細胞と、血管新生、線維化、炎症などを局所に生じせしめる異常な間質細胞からなり、個体により異なる個性的な細胞社会を形成し進化していく。これまでに申請者は肝癌の発生維持、細胞社会形成に必須の集団である癌幹細胞について、悪性形質や治療抵抗性、予後に関わること、肝癌幹細胞には上皮系、間葉系の2種類が存在し、それぞれ細胞周期シグナル、上皮間葉転換シグナル活性が異なることを報告してきた。一方癌幹細胞は浸潤先端で間質細胞に接して存在し、癌幹細胞によりリプログラミングを受けた間質細胞では血管新生や線維化、免疫チェックポイントなど、癌治療における重要な標的分子が発現する。本研究では上皮系、間葉系肝癌幹細胞が間質細胞、特に血管内皮細胞、線維芽細胞、免疫担当細胞に与える影響について、肝癌培養細胞株、患者由来ヒト肝癌細胞、間質細胞、3D共培養システムを用いたin vitro解析で経時的に評価し、肝癌細胞および間質細胞における遺伝子発現変化、間質細胞のリプログラミング過程を1細胞トランスクリプトーム解析で網羅的に検討する。本年度は上皮系、間葉系肝癌幹細胞が間質細胞、特に線維芽細胞に与える影響について、肝癌培養細胞株および線維芽細胞を用いて１細胞解析を行った。癌関連線維芽細胞との共培養により、上皮系癌幹細胞を有する肝癌細胞株に新たに間葉系肝癌幹細胞を誘導すること、遠隔転移を促すことが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

癌は様々な遺伝子異常が集積した癌細胞と、血管新生、線維化、炎症などを局所に生じせしめる異常な間質細胞からなり、個体により異なる個性的な細胞社会を形成し進化していく。これまでに申請者は肝癌の発生維持、細胞社会形成に必須の集団である癌幹細胞について、悪性形質や治療抵抗性、予後に関わること、肝癌幹細胞には上皮系、間葉系の2種類が存在し、それぞれ細胞周期シグナル、上皮間葉転換シグナル活性が異なることを報告してきた。本研究では上皮系、間葉系肝癌幹細胞が間質細胞、特に血管内皮細胞、線維芽細胞、免疫担当細胞に与える影響について、肝癌培養細胞株、患者由来ヒト肝癌細胞、間質細胞、3D共培養システムを用いたin vitro解析で経時的に評価し、肝癌細胞および間質細胞における遺伝子発現変化、間質細胞のリプログラミング過程を1細胞トランスクリプトーム解析で網羅的に検討する。昨年度までに、上皮系、間葉系肝癌幹細胞が間質細胞、特に線維芽細胞に与える影響について、肝癌培養細胞株および線維芽細胞を用いて１細胞解析を行った。癌関連線維芽細胞との共培養により、上皮系癌幹細胞を有する肝癌細胞株に新たに間葉系肝癌幹細胞を誘導すること、遠隔転移を促すことが明らかになった。さらに、転写因子解析を行い、間葉系癌幹細胞を誘導する可能性がある候補転写因子の同定に成功した。本研究計画では上皮系、間葉系肝癌幹細胞および間質細胞の経時的1細胞トランスクリプト―ム解析を令和４年度に行うこととしており、おおむね予定通りに進捗しているといえる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、１）上皮系、間葉系肝癌幹細胞および間質細胞の転写因子解析、２）超解像顕微鏡による癌間質細胞リプログラミング過程の分子イベントイメージング、３）マウス皮下移植モデルを用いた、標的分子が肝細胞癌の悪性度に与える影響の検討、４）臨床検体を用いた標的分子と肝細胞癌悪性度との関連の検討、を行う。各細胞集団で特異的に発現変動が認められ、クラスターを形成した遺伝子群については、MetaCoreソフトウェアを用いて転写因子解析を行う。同定された転写因子について、RNA-pol-II やeuchromatin (H3K4me3)、heterochromatin (H3K27me3、HP1 alpha)マーカーとの位置関係について解析し、癌間葉系幹細胞リプログラミングにおけるクロマチン、RNA転写と転写因子との位置情報を網羅的に解析する。ヒト肝癌細胞リプログラミングが癌悪性度に与える影響については、癌細胞および標的分子候補を遺伝子改変した細胞をMatrigelで混和し、6週齢オスNOD/SCIDマウスに皮下移植を行い腫瘍サイズの経時的評価を行う。上記の解析で同定された、肝癌の進展、遠隔転移に関わる間質細胞のリプログラミングおよびそれに伴う転写因子などの分子標的については、その標的分子の発現が肝細胞癌患者の予後に関係するか免疫組織化学およびマイクロアレイデータを用いて評価する。我々が有している150例からなる肝細胞癌外科切除サンプルコホートおよび244例のマイクロアレイデータコホートを用いて、標的分子の発現が腫瘍のステージ、脈管浸潤、腫瘍マーカー、予後に関わるかについて臨床病理学的な評価を行う。

Research Products

• [Journal Article] Association of longer telomere length in cancer cells and cancer-associated fibroblasts with worse prognosis (2023)
  • Author(s): Matsuda Y, Ye J, Yamakawa K, Mukai Y, Azuma K, Wu L, Masutomi K, Yamashita T, Daigo Y, Miyagi Y, Yokose T, Oshima T, Ito H, Morinaga S, Kishida T, Minamoto T, Kojima M, Kaneko S, Haba R, Kontani K, Kanaji N, Okano K, Muto-Ishizuka M, Yokohira M, Saoo K, Imaida K, Suizu F.
  • Journal Title: J Natl Cancer Inst . Volume: 115 Pages: 208+218
  • DOI: 10.1093/jnci/djac226.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] FOXM1 Is a Novel Molecular Target of AFP-Positive Hepatocellular Carcinoma Abrogated by Proteasome Inhibition (2022)
  • Author(s): Li R, Okada H, Yamashita T, Nio K, Chen H, Li Y, Shimakami T, Takatori H, Arai K, Sakai Y, Yamashita T, Mizukoshi E, Honda M, Kaneko S.
  • Journal Title: Int J Mol Sci . Volume: 23 Pages: 8305－8322
  • DOI: 10.3390/ijms23158305.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dickkopf-1 Promotes Angiogenesis and is a Biomarker for Hepatic Stem Cell-like Hepatocellular Carcinoma (2022)
  • Author(s): Suda T, Yamashita T, Sunagozaka H, Okada H, Nio K, Sakai Y, Yamashita T, Mizukoshi E, Honda M, Kaneko S.
  • Journal Title: Int J Mol Sci . Volume: 23 Pages: 2801-2818
  • DOI: 10.3390/ijms23052801.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BMP9-ID1 Signaling Activates HIF-1α and VEGFA Expression to Promote Tumor Angiogenesis in Hepatocellular Carcinoma (2022)
  • Author(s): Chen H, Nio K, Tang H, Yamashita T, Okada H, Li Y, Doan PTB, Li R, Lv J, Sakai Y, Yamashita T, Mizukoshi E, Honda M, Kaneko S.
  • Journal Title: Int J Mol Sci . Volume: 23 Pages: 1475-1489
  • DOI: 10.3390/ijms23031475.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phosphorylation of hTERT at threonine 249 is a novel tumor biomarker of aggressive cancer with poor prognosis in multiple organs (2022)
  • Author(s): Matsuda Y, Yamashita T, Ye J, Yasukawa M, Yamakawa K, Mukai Y, Machitani M, Daigo Y, Miyagi Y, Yokose T, Oshima T, Ito H, Morinaga S, Kishida T, Minamoto T, Yamada S, Takei J, Kaneko MK, Kojima M, Kaneko S, Masaki T, Hirata M, Haba R, Kontani K, Kanaji N, Miyatake N, Okano K, Kato Y, Masutomi K.
  • Journal Title: J Pathol . Volume: 257 Pages: 172-185
  • DOI: 10.1002/path.5876.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] AFP陽性肝細胞癌に高発現するFOXM1を標的とした プロテアソーム阻害剤Carfilzomibの治療効果検討 (2022)
  • Author(s): 丹尾幸樹、山下太郎、金子周一
  • Organizer: 日本消化器病学会総会