Strategy for an early diagnosis by modeling the developmental and evolutionary paths of human pancreatic cancer

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22KK0125
• Research Institution: Asahikawa Medical College
• Principal Investigator: 水上 裕輔 旭川医科大学, 医学部, 教授 (30400089)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 賢治 旭川医科大学, 大学病院, 助教 (00736332) ; 河端 秀賢 旭川医科大学, 医学部, 助教 (50548691) ; 小野 裕介 医療法人徳洲会札幌東徳洲会病院医学研究所, ゲノム診断研究部, 部門長 (40742648) ; 谷上 賢瑞 東京大学, アイソトープ総合センター, 特任准教授 (90648627)
• Project Period (FY): 2022-10-07 – 2026-03-31
• Keywords: 膵癌 / 前駆病変 / IPMN / cell-of-origin / 分子サブタイプ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、膵癌前駆病変に見られる遺伝子異常の多様性と発癌過程で生ずる特異的分子情報を関連付け、さらに発癌の起源細胞（cell-of-origin）に着眼した膵癌分子サブタイプの決定機構の解明により、小膵癌発見に資する分子診断の基盤情報を得ることを目的とする。
研究の初年度となる2022年度は、各種変異を有する患者膵腫瘍由来初代細胞を用いて、膵癌のドライバー遺伝子であるKRAS及びGNAS変異を標的としたゲノム編集の候補細胞選定及び培養条件決定を行った。また、不死化膵管上皮細胞（hTERT-HPNE: CRL-4023）を用いてゲノム編集によりKRAS及びGNAS変異を単独あるいは重複して導入し、これを膵癌前駆病変細胞（細胞進化モデル）として各ドライバー変異に関連する既知の下流経路の活性化をリン酸化抗体を用いたウエスタンブロッティングにて評価し、並行して非コードRNAやスプライスバリアントの変化を探索するためRNA-sequencingによる発現解析を行っている。また、これらのオルガノイド培養及び免疫不全マウスへの移植により増殖能の評価を行っている。
ヒト組織モデルにおいては、IPMN関連膵癌患者の外科切除材料（FFPE）を用いVisiumによる空間発現解析を行い、遺伝子変異の分布との対比を進めている。現時点で、4例の解析を終了したが、IPMNには複数の上皮亜型（胃型、腸型、胆膵型）に加え、組織学的異型度の多様性があるため、追加解析の候補試料を調整中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2022年度には、研究代表者（水上）と研究分担者（谷上）が、細胞モデル（patient-derived xenograft及び患者由来細胞）の調整のためマサチューセッツ総合病変へ渡航の予定であったが、コロナ感染状況を踏まえ、2023年度以降に延期することとした。

Strategy for Future Research Activity

2023年度は、2022年度に作製した細胞モデルを用いて、RNA-seqとATAC-seq解析のデータ統合によるKRASやGNAS変異が転写制御プログラムに与える影響、質量分析による培養上清中のサイトカインや代謝プロファイルの変化を解析する予定である。さらに、海外連携機関であるシンシナティ大学・Dr. Patraと協議のうえ、細胞進化モデルにおいて既知の遺伝子変異とは独立したがん進化メカニズムを探索するためCRISPR screeningの導入を行う計画である。
また、ヒト組織モデルとしてIPMN関連膵癌の切除材料を用いたマルチオミクス解析を進め、シングルセル解析やロングリード解析から得られる詳細な発現情報と、多彩な組織学的異型度を有する領域毎に得た遺伝子変異と発現情報を統合する。

Causes of Carryover

コロナ感染状況を踏まえて、2022年度の渡航を見送った。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マサチューセッツ総合病院/シンシナティ大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: マサチューセッツ総合病院/シンシナティ大学
• [Journal Article] Serine/Threonine Kinase 11 Plays a Canonical Role in Malignant Progression of KRAS-Mutant and GNAS-Wild-Type Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms of the Pancreas (2023)
  • Author(s): Omori Yuko、Ono Yusuke、Morikawa Takanori、Motoi Fuyuhiko、Higuchi Ryota、Yamamoto Masakazu、Hayakawa Yuko、Karasaki Hidenori、Mizukami Yusuke、Unno Michiaki、Furukawa Toru
  • Journal Title: Annals of Surgery Volume: 277 Pages: e384～e395
  • DOI: 10.1097/SLA.0000000000004842
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Multiplex Digital PCR Assay to Detect Multiple KRAS and GNAS Mutations Associated with Pancreatic Carcinogenesis from Minimal Specimen Amounts (2023)
  • Author(s): Maeda Chiho、Ono Yusuke、Hayashi Akihiro、Takahashi Kenji、Taniue Kenzui、Kakisaka Rika、Mori Miyuki、Ishii Takahiro、Sato Hiroki、Okada Tetsuhiro、Kawabata Hidemasa、Goto Takuma、Tamamura Nobue、Omori Yuko、Takahashi Kuniyuki、Katanuma Akio、Karasaki Hidenori、Liss Andrew Scott、Mizukami Yusuke
  • Journal Title: The Journal of Molecular Diagnostics Volume: 25 Pages: 367～377
  • DOI: 10.1016/j.jmoldx.2023.02.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GATA6 and CK5 Stratify the Survival of Patients With Pancreatic Cancer Undergoing Neoadjuvant Chemotherapy (2023)
  • Author(s): Kokumai Takashi、Omori Yuko、Ishida Masaharu、Ohtsuka Hideo、Mizuma Masamichi、Nakagawa Kei、Maeda Chiho、Ono Yusuke、Mizukami Yusuke、Miura Shin、Kume Kiyoshi、Masamune Atsushi、Morikawa Takanori、Unno Michiaki、Furukawa Toru
  • Journal Title: Modern Pathology Volume: 36 Pages: 100102～100102
  • DOI: 10.1016/j.modpat.2023.100102
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular comparison of concurrent components of high-grade dysplasia, adenocarcinoma, and sarcomatoid carcinoma in a case of sarcomatoid carcinoma of the gallbladder (2023)
  • Author(s): Hirose Katsuya、Omori Yuko、Ono Yusuke、Mizukami Yusuke、Kaneko Yoshiki、Maruyama Tsunehiko、Ohtani Haruo、Furukawa Toru
  • Journal Title: Virchows Archiv Volume: 483 Pages: 261～266
  • DOI: 10.1007/s00428-023-03524-7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mutant GNAS limits tumor aggressiveness in established pancreatic cancer via antagonizing the KRAS-pathway (2022)
  • Author(s): Kawabata H, Ono Y, Tamamura N, Oyama K, Ueda J, Sato H, Takahashi K, Taniue K, Okada T, Fujibayashi S, Hayashi A, Goto T, Enomoto K, Konishi H, Fujiya M, Miyakawa K, Tanino M, Nishikawa Y, Koga D, Watanabe T, Maeda C, Karasaki H, Liss AS, Mizukami Y, Okumura T.
  • Journal Title: Journal of Gastroenterology Volume: 57 Pages: 208～220
  • DOI: 10.1007/s00535-021-01846-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Distinct effects of TU-100 (daikenchuto) on long-lasting dysbiosis in the small intestine in patients with colorectal cancer and inflammatory bowel disease (2022)
  • Author(s): Kono T, Maejima T, Ono Y, Ito T, Furukawa S, Nishiyama M, Yamamoto M, Sugitani A, Karasaki H, Mizukami Y, Maemoto A.
  • Journal Title: Gene Volume: 820 Pages: 146266～146266
  • DOI: 10.1016/j.gene.2022.146266
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Predictors of Long-Term Survival in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma after Pancreatectomy: TP53 and SMAD4 Mutation Scoring in Combination with CA19-9 (2022)
  • Author(s): Ono M, Ono Y, Nakamura T, Tsuchikawa T, Kuraya T, Kuwabara S, Nakanishi Y, Asano T, Matsui A, Tanaka K, Ebihara Y, Kurashima Y, Noji T, Murakami S, Shichinohe T, Mitsuhashi T, Omori Y, Furukawa T, Taniue K, Suzuki M, Sugitani A, Karasaki H, Mizukami Y, Hirano S.
  • Journal Title: Annals of Surgical Oncology Volume: 29 Pages: 5007～5019
  • DOI: 10.1245/s10434-022-11630-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of comprehensive cancer genomic profiling on therapeutic strategies and clinical outcomes in patients with advanced biliary tract cancer: A prospective multicenter study (2022)
  • Author(s): Takada K, Kubo T, Kikuchi J, Yoshida M, Murota A, Arihara Y, Nakamura H, Nagashima H, Tanabe H, Sugita S, Tanaka Y, Miura A, Ohhara Y, Ishiguro A, Yokouchi H, Kawamoto Y, Mizukami Y, Ohnishi H, Kinoshita I, Sakurai A.
  • Journal Title: Frontiers in Oncology Volume: 12 Pages: 99
  • DOI: 10.3389/fonc.2022.988527
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Artificial intelligence?assisted detection of colorectal polyps in Lynch syndrome (2022)
  • Author(s): Tanabe H, Moriichi K, Mizukami Y, Fujiya M, Okumura T.
  • Journal Title: Gastrointestinal Endoscopy Volume: 95 Pages: 1276～1277
  • DOI: 10.1016/j.gie.2022.02.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] RNA Exosome Component EXOSC4 Amplified in Multiple Cancer Types Is Required for the Cancer Cell Survival (2022)
  • Author(s): Taniue K, Tanu T, Shimoura Y, Mitsutomi S, Han H, Kakisaka R, Ono Y, Tamamura N, Takahashi K, Wada Y, Mizukami Y, Akimitsu N.
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Pages: 496～496
  • DOI: 10.3390/ijms23010496
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ゲノム解析により膵管内乳頭粘液性腫瘍併存癌の初期像と診断し得た1例． (2022)
  • Author(s): 佐藤允洋、唐崎秀則、 富永素矢、 坂本 淳、 木村圭介、 太田智之、 田中伸哉、 水上裕輔.
  • Journal Title: 日本消化器病学会雑誌 Volume: 119 Pages: 368-376
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ゲノム解析による膵癌の早期診断． (2022)
  • Author(s): 佐藤裕基、高橋賢治、水上裕輔．
  • Journal Title: 膵臓 Volume: 37 Pages: 29-39
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] IPMN の悪性度評価とliquid biopsy． (2022)
  • Author(s): 高橋賢治、大森優子、小野裕介、古川 徹、水上裕輔．
  • Journal Title: 胆と膵 Volume: 43 Pages: 99
• [Presentation] Molecular Phenotyping and the Combinatorial System by the Number of Accumulated Gene Alterations of Intraductal Papillary Mucinous Neoplasms Stratifies the Risk of Invasion and Outcome: New Insight for Management Strategy. (2023)
  • Author(s): Yuko Omori, Yusuke Ono, Takashi Kokumai, Fumiko Date, Ryota Higuchi, Goro Honda, Yusuke Mizukami, Takanori Morikawa, Michiaki Unno, Toru Furukawa.
  • Organizer: USACAP 112TH ANNUAL MEETING
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Tumor-suppressive effect of mutant GNAS through the restriction of tumor aggressiveness in established pancreatic cancer. (2022)
  • Author(s): Kawabata H, Ono Y, Tamamura N, Sato H, Takahashi K, Taniue K, Okada T, Fujibayashi S, Hayashi A, Goto T, Konishi H, Fujiya M, Karasaki H, Liss AS, Mizukami Y, Okumura T.
  • Organizer: DDW2022/AGA2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Three molecular development pathways of remnant pancreatic cancer impact survival after resection. (2022)
  • Author(s): Suzuki S, Omori Y, Hirose K, Ono Y, Karasaki H, Shimoda M, Nagakawa Y, Tsuchida A, Mizukami Y, Furukawa T.
  • Organizer: 第26回国際膵臓学会 Symposium 1 Advances in genomics for pancreatic neoplasms
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The application of EV RNA panel as liquid biopsy for pancreatic ductal adenocarcinoma. (2022)
  • Author(s): Takahashi K, Sato H, Fujibayashi S, Hayashi A, Kawabata H, Iwamoto H, Goto T, Kitano Y, Mizukami Y, Okumura T.
  • Organizer: 第26回国際膵臓学会 Symposium 5 Molecular profiling of pancreatic cancer and application of liquid biopsy to clinical practice
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Molecular barcode sequencing using duodenal fluid for profiling genomic alterations in pancreatic neoplasms. (2022)
  • Author(s): Ono Y, Takahashi K, Hayashi A, Kawamoto T, Okada T, Kimura K, Yanagawa N, Iwano H, Takahashi K, Karasaki H, Mizukami Y．
  • Organizer: 第26回国際膵臓学会 Panel Discussion 4 Quest for early diagnosis of pancreatic cancer
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] High-sensitive mutation detection in liquid biopsy with duodenal fluid captures genetic mutations associated with pancreatic carcinogenesis. (2022)
  • Author(s): Ono Y, Maeda C, Takahashi K, Karasaki H, Mizukami Y.
  • Organizer: AACR Special Conference on Pancreatic Cancer (Plenary session)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 病理解剖例における膵前癌病変の遺伝子解析/Gene mutation analysis of precancerous lesions of the pancreas. (2022)
  • Author(s): 武藤麻理子、小野裕介、山川けいこ、水津太、葉娟娟、水上裕輔、松田陽子.
  • Organizer: 第111回 日本病理学会総会
• [Presentation] 十二指腸液由来遊離核酸を用いた膵癌リキッドバイオプシーの有用性. (2022)
  • Author(s): 高橋 賢治、林 明宏、水上 裕輔.
  • Organizer: 第108回日本消化器病学会総会. ワークショップ 16:胆膵疾患の遺伝子解析による病態解明・臨床展開
• [Presentation] 消化液に存在する膵癌由来の遺伝子変異検出を目指したリキッドバイオプシー. (2022)
  • Author(s): Yusuke Ono, Chiho Maeda, Kenji Takahashi, Hidenori Karasaki, Yusuke Mizukami.
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] GNAS変異はKRAS経路に拮抗することにより、膵癌の悪性度を抑える. (2022)
  • Author(s): Hidemasa Kawabata, Yusuke Ono, Kenji Takahashi, Kenzui Taniue, Hidenori Karasaki, Yusuke Mizukami.
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] 細胞外小胞によるmiR-425の細胞間伝達は上皮間葉形質転換を促進し膵癌進展を制御する. (2022)
  • Author(s): 小山一也、高橋賢治、 藤林周吾、林 明宏、河端秀賢、岩本英孝、後藤拓磨、北野陽平、藤谷幹浩、水上裕輔、奥村利勝.
  • Organizer: 第30回日本消化器関連学会週間
• [Book] 膵癌・胆道癌 2023 (上) 膵癌編 ―基礎・臨床の最新研究動向― II.各 論 (2023)
  • Author(s): 河端秀賢、高橋賢治、水上裕輔．
  • Total Pages: 99
  • Publisher: 日本臨牀社