肺癌のＥＧＦＲ－ＴＫＩ耐性機序における低酸素環境と幹細胞およびＥＭＴの関与

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 24591176
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 高橋 和久 順天堂大学, 医学部, 教授 (80245711)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 史行 順天堂大学, 医学部, 准教授 (70327823)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 非小細胞肺癌 / EGFR-TKI / 耐性 / 癌幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

EGFR活性型遺伝子変異を有する非小細胞肺癌(NSCLC)に対するGefitinib (EGFR-TKI)の効果は既知のものであるが、その一部は自然耐性を示し、治療の大きな障壁となっている。一方、癌の微小環境、特に低酸素環境は癌幹細胞性の維持やEMT誘導と密接な関連があり、治療抵抗性に寄与していると考えられる。我々は現在までに、gefitinib感受性NSCLC細胞株であるPC9細胞が低酸素環境においてgefitinib耐性を示すこと、また著明なEMTを引き起こし、EMT誘導因子の中でもZEB1発現が上昇することを確認した。また低酸素環境によりgefitinib曝露後の幹細胞マーカーCD133陽性のDrug-tolerant persisters (DTPs)の比率は著明に上昇すること、またZEB1 knockdownによりCD133陽性DTPsの比率は有意に低下し、低酸素誘導性gefitinib耐性もreverseすることを確認した。またEGFR遺伝子変異陽性NSCLC 18症例のGefitinib治療前および治療後に再発・耐性化後の腫瘍組織を採取し、ZEB1発現を免疫染色で検討している。本研究において、我々はこのgefitinib耐性機序を低酸素環境とCD133陽性DTPsやZEB1の解析を通して詳細に検証し、DTPsを標的としたEGFR-TKI耐性克服の新たな戦略構築を目標とした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

我々は現在までに、Gefitinibに高感受性NSCLC細胞株であるPC9を用いたIn vitro細胞培養系において、Gefitinib治療後に残存し抵抗性を示すDrug-tolerant persisters (DTPs)は、肺癌幹細胞マーカーCD133や山中因子であるOct4, Sox2などを高発現し、マウスへの高い腫瘍生着率を示す極めて幹細胞性の高い細胞集団であること、また低酸素環境は著明なEpithelial mesenchymal transition (EMT)を誘導し、Gefitinib耐性DTPsの比率を顕著に上昇させることを見出した。そしてEMT誘導因子の中で、転写因子であるZEB1発現が著明に上昇しており、ZEB1遺伝子のknockdownはGefitinib曝露後のDTPsの比率と幹細胞性を有意に低下させ、低酸素誘導性Gefitinib耐性もReverseすることを確認している。またEGFR遺伝子変異陽性NSCLC 18症例のGefitinib治療前および治療後に再発・耐性化後の腫瘍組織を採取し、ZEB1発現を免疫染色で検討している。

Strategy for Future Research Activity

現在までの我々の基礎および臨床的検討は、EGFR-TKI耐性におけるEMTや癌幹細胞の関与を積極的に示唆するものと考えるが、EGFR-TKI治療耐性に直接関与しているCD133陽性の幹細胞集団とEMT、そしてZEB1を制御するmicroRNAsとの相互関連、および幹細胞のnicheとも考えられている低酸素環境との関連をさらに網羅的に解析してゆく必要性がある。

Causes of Carryover

当初の予定よりも、耐性腫瘍サンプルの収集が遅れ、発現解析を次年度に行うことになったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

遺伝子発現解析や免疫染色あるいは追加のマウス実験などに使用予定である。

Research Products

• [Journal Article] Chemotherapy induced microRNA-125/HER2 pathway as a novel therapeutic target for trastuzumab-mediated cellular cytotoxicity in small-cell lung cancer. (2015)
  • Author(s): Yagishita S, Fujita Y, Kitazono S, Nakadate Y, Sawada T, Kitamura Y, Shimoyama T, Takahashi F, Takahashi K, Tamura T, Koizumi F.
  • Journal Title: Mol Cancer Ther Volume: in press Pages: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Treatment with insulin-like growth factor 1 receptor inhibitor reverses hypoxia-induced epithelial-mesenchymal transition in non-small cell lung cancer. (2014)
  • Author(s): Nurwidya F, Takahashi F, Kobayashi I, Murakami A, Kato M, Minakata K, Nara T, Hashimoto M, Yagishita Y, Baskoro H, Hidayat M, Shimada N, Takahashi K.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 455 Pages: 332-8
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.014.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tocilizumab, a proposed therapy for the cachexia of interleukin 6-expressing lung cancer (2014)
  • Author(s): Ando K, Takahashi F, Kato M, Kaneko N, Doi T, Ohe Y, Koizumi F, Nishio K, Takahashi K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e102436
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0102436. eCollection 2014.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Hypoxia increases gefitinib-resistant lung cancer stem cells through the activation of insulin-like growth factor 1 receptor. (2014)
  • Author(s): Murakami A, Takahashi F, Nurwidya F, Kobayashi I, Minakata K, Hashimoto M, Nara T, Kato M, Tajima K, Shimada N, Iwakami S, Moriyama M, Moriyama H, Koizumi F, Takahashi K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e86459
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0086459. eCollection 2014.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Translational Evidence of Zinc finger E-box binding homeoprotein 1 Involvement in Acquired Resistance to Gefitinib in Non-small Cell Lung Cancer (2014)
  • Author(s): Nurwidya F, Takahashi F, Kobayashi I, Shimada N, Murakami A, Baskoro H, Suina K, Kanemaru R, Yagishita S, Asao T, Ohashi R, Muraki K, Yoshioka Y, Takahashi M, Sasaki S, Takahashi K.
  • Organizer: Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (APSR)
  • Place of Presentation: Bali, Indonesia
  • Year and Date: 2014-11-13 – 2014-11-16
• [Presentation] Oct4 plays a key role in the persistence of gefitinib-resistant lung cancer stem cells. (2014)
  • Author(s): Kobayashi I, Takahashi F, Nurwidya F, Murakami A, Kato M, Shimada N, Suina K, Kanemaru R, Yagishita S, Ko R, Asao T, Ohashi R, Muraki K, Yoshioka Y, Takahashi M, Takahashi K.
  • Organizer: Congress of the Asian Pacific Society of Respirology (APSR)
  • Place of Presentation: Bali, Indonesia
  • Year and Date: 2014-11-13 – 2014-11-16
• [Presentation] Epithelial-mesenchymal transition-driven gefitinib resistance in non-small cell lung cancer is mediated by zinc-finger E-box protein 1. (2014)
  • Author(s): Nurwidya F, Takahashi F, Murakami A, Kobayashi I, Kato M, Minakata K, Yagishita S, Koyama R, Muraki K, Takahashi M, Shimada N, Takahashi K.
  • Organizer: Congress of American Thoracic Society (ATS)
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2014-05-16 – 2014-05-21