Elucidation of the molecular basis for age-dependent leukemogenesis towards a novel therapeutic strategy

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H02904
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 大里 元美 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 特定研究員 (90314286)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 指田 吾郎 熊本大学, 国際先端医学研究機構, 特別招聘教授 (70349447) ; 岩崎 正幸 東京女子医科大学, 医学部, 講師 (70790913) ; 横溝 智雅 東京女子医科大学, 医学部, 講師 (80590314)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 白血病 / AYA世代がん / 分子標的治療 / マウスモデル / RUNX

Outline of Annual Research Achievements

がん発生においては遺伝子変異だけでなくその発生母地となる細胞との組み合わせが重要と考えられる。年齢依存的な発症を示す白血病の場合、造血幹細胞の年齢に伴う変化が遺伝子変異の形質転換受容性を決定する要因と考えられるが、その分子基盤については不明な点が多い。本研究では、t(8;21)染色体転座による急性骨髄性白血病(AML)にみられる年齢依存的な白血病発症について下記２目標の達成を目指す。
１）年齢依存的な白血病発症における分子機構の解明：胎児・小児期造血幹細胞に高発現し成人期には発現が消失する非ヒストン性クロマチン構成因子HMGA2が年齢依存性白血病発症を決定する重要な候補遺伝子と考え解析を行う。並行してシングルセルscRNA-seq解析によりHMGA2以外の新規因子の検索も行い解析する。初年度であるR4年度にはHMGA2についてマウスモデルでの実験的検証まで行い年齢依存性白血病発症規定因子の少なくとも一つがHMGA2であることを証明した。また新規因子の検索をシングルセルscRNA-seq解析を行なっていくつか同定した。
２）分子基盤の解明結果に基づく新規治療戦略の構築：遺伝子異常と母細胞間の特殊な相互依存関係を薬理学的に阻害する治療を目指す。本年度は、HMGA2阻害剤については既知の阻害剤に加え独自にスクリーニングして同定した新規阻害剤も２種検討し薬効を確認した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

１）年齢依存的な白血病発症における分子機構の解明：
a) HMGA2による年齢依存性白血病発症機：初年度であるR4年度にはRUNX1-ETO遺伝子による年齢依存的AML発症におけるHMGA2の関与を明らかにするために、RUNX1-ETOノックインKIマウスをHMGA2 過発現 OE KI マウス (分担研究者熊本大学指田吾郎により作製解析済み、論文査読中)と交配して白血病の有無並びにその病態について解析した。壮年期誘導では白血病を起こしにくかったRUNX1-ETOマウスにHMGA2 OE KIマウスを交配すると白血病を100%早期に起こした。またHMGA2を幼児期（生後３日）に過剰発現させても発症までの期間の短縮などは見られず、HMGA2が年齢依存性の少なくとも一因であることがマウス個体レベルでも検証できたため、結果をまとめ論文投稿準備中である。
（b) シングルセルscRNA-seq解析による新規因子の検索：HMGA2以外の新規年齢依存性因子の検索をRUNX1-ETOマウスからの幹細胞分画のシングルセルscRNA-seq解析を行うことで検索し候補因子をいくつか同定することができた。
２）分子基盤の解明結果に基づく新規治療戦略の構築：遺伝子異常と母細胞間の特殊な相互依存関係を薬理学的に阻害する治療を目指し、本年度は、HMGA2阻害剤については既知の阻害剤に加え独自にスクリーニングして同定した新規阻害剤も２種検討した。

Strategy for Future Research Activity

１）年齢依存的な白血病発症における分子機構の解明：
a) HMGA2による年齢依存性白血病発症機：昨年度に行った、RUNX1-ETOノックインKIマウス x HMGA2 過発現 OE KI 交配マウスの結果については論文発表を目指す。本年度には、上記のマウスモデルと相補的な実験として、RUNX1-ETOノックインKIマウスとHmga2 ノックアウトKO マウスの交配を進めさらにHMGA2が年齢依存的な白血病発症の原因であることを検証する。
（b) シングルセルscRNA-seq解析による新規因子の検索：HMGA2の解析と並行してシングルセルscRNA-seq解析による新規因子の検索を行い同定した候補遺伝子についてノックダウンや過発現の実験系を用い分子機序の解析及びその阻害剤の開発を行ってゆく。
２）分子基盤の解明結果に基づく新規治療戦略の構築：遺伝子異常と母細胞間の特殊な相互依存関係を薬理学的に阻害する治療を目指す。本年度は、HMGA2阻害剤については既知の阻害剤に加え独自にスクリーニングして同定した新規阻害剤２種について薬効の評価を、特にin vivoの系（RUNX1-ETO;NRASマウス、PDXマウス）において詳細に検討してゆく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] National University of Singapore(シンガポール)
  • Country Name: SINGAPORE
  • Counterpart Institution: National University of Singapore
• [Journal Article] Childhood hematopoietic stem cells constitute the permissive window for RUNX1-ETO leukemogenesis (2023)
  • Author(s): Abdallah MG, Teoh VSI, Dutta B, Yokomizo T, Osato M.
  • Journal Title: Int J Hematol. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s12185-023-03605-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Core binding factor fusion downregulation of ADAR2 RNA editing contributes to AML leukemogenesis. (2023)
  • Author(s): Guo M, Chan HMT, Zhou QL, An O, Li Y, Song Y, Tan ZH, Ng HEV, Peramangalam PS, Tan ZQ, Cao X, Iwanaga E, Matsuoka M, Ooi MG, Jen WY, Koh LP, Chan E, Tan LK, Goh Y, Wang W, Koh BTH, Chan MC, Fullwood MJ, Chng WJ, Osato M, Pulikkan JA, Yang H, Chen L, Tenen DG.
  • Journal Title: Blood Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1182/blood.2022015830
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The RUNX Family, a Novel Multifaceted Guardian of the Genome. (2023)
  • Author(s): Dutta B, Osato M.
  • Journal Title: Cells Volume: 12 Pages: 255
  • DOI: 10.3390/cells12020255
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] High-throughput telomere length measurement at nucleotide resolution using the PacBio high fidelity sequencing platform. (2023)
  • Author(s): Tham CY, Poon L, Yan T, Koh JYP, Ramlee MK, Teoh VSI, Zhang S, Cai Y, Hong Z, Lee GS, Liu J, Song HW, Hwang WYK, Teh BT, Tan P, Xu L, Koh AS, Osato M, Li S.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 14 Pages: 281
  • DOI: 10.1038/s41467-023-35823-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] AML1/RUNX1の発見と白血病（1）PEBP2/CBFの発見 (2023)
  • Author(s): 大里元美
  • Journal Title: BIO Clinica Volume: 38 Pages: 31-35
• [Journal Article] Self-Assembled Daunorubicin/Epigallocatechin Gallate Nanocomplex for Synergistic Reversal of Chemoresistance in Leukemia. (2022)
  • Author(s): Bae KH, Lai F, Oruc B, Osato M, Chen Q, Kurisawa M.
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 24 Pages: 381
  • DOI: 10.3390/ijms24010381.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A Myb enhancer-guided analysis of basophil and mast cell differentiation. (2022)
  • Author(s): Matsumura T, Totani H, Gunji Y, Fukuda M, Yokomori R, Deng J, Rethnam M, Yang C, Tan TK, Karasawa T, Kario K, Takahashi M, Osato M, Sanda T, Suda T.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 13 Pages: 7064
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34906-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bone marrow-targetable Green Tea Catechin-Based Micellar Nanocomplex for synergistic therapy of Acute myeloid leukemia. (2022)
  • Author(s): Bae KH, Lai F, Mong J, Niibori-Nambu A, Chan KH, Her Z, Osato M, Tan MH, Chen Q, Kurisawa M.
  • Journal Title: J Nanobiotechnology Volume: 20 Pages: 481
  • DOI: 10.1186/s12951-022-01683-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Highly efficient Runx1 enhancer eR1-mediated genetic engineering for fetal, child and adult hematopoietic stem cells. (2022)
  • Author(s): Koh CP, Bahirvani AG, Wang CQ, Yokomizo T, Ng CEL, Du L, Tergaonkar V, Voon DC, Kitamura H, Hosoi H, Sonoki T, Michelle MMH, Tan LJ, Niibori-Nambu A, Zhang Y, Perkins AS, Hossain Z, Tenen DG, Ito Y, Venkatesh B, Osato M.
  • Journal Title: Gene Volume: 851 Pages: 147049
  • DOI: 10.1016/j.gene.2022.147049
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Oncofetal protein IGF2BP1 regulates IQGAP3 expression to maintain stem cell potential in cancer. (2022)
  • Author(s): Myint K, Chuang LSH, Teh YX, Mawan NA, Shi EJ, Mok MMH, Nuttonmanit N, Matsuo J, Li Y, Yang H, Okabe A, Kaneda A, Osato M, So JB, Yong WP, Tan P, Yeoh KG, Ito Y.
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Pages: 105194
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105194
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Independent origins of fetal liver haematopoietic stem and progenitor cells. (2022)
  • Author(s): Yokomizo T, Ideue T, Morino-Koga S, Tham CY, Sato T, Takeda N, Kubota Y, Kurokawa M, Komatsu N, Ogawa M, Araki K, Osato M, Suda T.
  • Journal Title: Nature Volume: 609 Pages: 779-784
  • DOI: 10.1038/s41586-022-05203-0
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hepatic leukemia factor-expressing paraxial mesoderm cells contribute to the developing brain vasculature. (2022)
  • Author(s): Koui Y, Ideue T, Boylan M, Anderson MJ, Osato M, Suda T, Yokomizo T, Mukouyama YS.
  • Journal Title: Biol Open. Volume: 11 Pages: bio059510
  • DOI: 10.1242/bio.059510
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Leukopenia, macrocytosis, and thrombocytopenia occur in young adults with Down syndrome. (2022)
  • Author(s): Hamaguchi Y, Kondoh T, Fukuda M, Yamasaki K, Yoshiura KI, Moriuchi H, Morii M, Muramatsu M, Minami T, Osato M.
  • Journal Title: Gene Volume: 835 Pages: 146663
  • DOI: 10.1016/j.gene.2022.146663
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 造血幹細胞は卵黄嚢で発生するのか (2023)
  • Author(s): 横溝智雅
  • Organizer: 第27 回造血器腫瘍研究会(広島大学広仁会館）