炎症発癌に対する間葉系幹細胞のchemoprevention機構の解明

2013 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 25460954
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Research Institution: Sapporo Medical University
• Principal Investigator: 本谷 雅代 札幌医科大学, 医学部, 助教 (60468080)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有村 佳昭 札幌医科大学, 医学部, 講師 (80305218) ; 苗代 康可 札幌医科大学, 医療人育成センター, 講師 (80347161)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 骨髄間葉系幹細胞 / chemoprevention / azoxymethane (AOM) 関連発癌

Research Abstract

azoxymethane (AOM)関連発癌に対するMSCのchemoprevention作用は，これまでに報告のない新しい2つの機序すなわち，①O6メチルグアニン（O6MeG）付加体そのものを減らすこと，②acute apoptotic response of genotoxic carcinogen （AARGC）を免れた細胞をG1期停止やアポトーシスに導くこと，の2つの機序によりイニシエーションを解除すると推定された．
第一のAOM/DSS炎症発がんモデルでは，AOMと同時投与したMSCは腫瘍数を減らしたが，腫瘍サイズに影響を与えなかった。第二のACF形成モデルでは，AOMの投与前後に投与されたMSCは，いずれもACF形成を抑制した．以上より，MSCは発がんのイニシエーションを早期に抑制し，そのメカニズムは少なくとも複数存在することが示唆された.AOMに暴露された齧歯類では，およそ８時間後に大腸上皮細胞がAARGCに陥るとされる．これは大腸上皮細胞の遺伝子変異負荷を解消するために，生体に本来備わっている一種の発がん予防機構である。興味深いことに，MSCは，第三のモデルにおいてAARGCを抑制した。この作用は，造血幹細胞，線維芽細胞株，MSCの培養上清には認められなかった．MSCがメチルグアニンメチル基転移酵素（MGMT）を活性化させることによって，O6MeGそのものを減じ，見かけ上AARGCが抑制されていた．ラット腸上皮細胞株IEC-6とMSCの共培養した場合，O6メチルグアニンの程度に応じて，MSCはIEC-6の増殖を抑制し，G1 arrestやアポトーシスを誘導した。この細胞増殖抑制作用は，直接の細胞接触ではなく，TGF-betaを介したパラクライン作用であった．MSCの発がん予防作用は，発がんのイニシエーションにとどまらず，プロモーションやプログレッションの段階に及んで広範に作用する可能性も示された．

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では，腸炎関連癌に対するMSCのchemoprevention作用の詳細を明らかとすることを目標とする．そのために，１．AOM関連発癌におけるMSCの役割，２．AOM関連発癌に対するMSCのchemoprevention作用機序，１）AARGCを免れた細胞をG1期停止やアポトーシスに導く機序，２）O6MeG DNA付加体そのものを減らす機序，３．Helicobacter hepaticus感染モデルに対するMSCの作用の3つのテーマを重点的に研究する計画である．２．１）に関して，メチルアゾキシメタン（MAM），MGMT阻害剤であるO6BGおよびAOMを適宜組み合わせることで，大腸上皮細胞に被る変異原性（O6MeGの多寡）をコントロールして，MSCの作用を観察したところ，変異原性とMSCの増殖抑制作用の間に正の相関を見出した．２．２）に関しては，MSCが大腸組織の粘膜分画におけるMGMTの遺伝子発現を誘導することそれぞれ見出している．また，１．に関しては，大腸にホーミングするMSCの絶対数が少ないため，GFPのみならずY－FISHを併用して検討している．３．に関しては今後の課題である．

Strategy for Future Research Activity

１）MSCはDNA損傷（O6メチルグアニン）そのものを減らした．また，２）DNA損傷をもった細胞の細胞周期を止め，細胞死（アポトーシス）を誘導した．これらは，発がんのごく早期の段階（イニシエーション）において，別々ではなくタンデムに配列して作用する新しい発がん抑制メカニズムである．１）はMGMT活性化を介するが，MGMT活性化機序は不明である．MSCがMGMTのエピジェネティック調節を負に制御するか否かが重要と思われる．２）に関して，MSCの作用はTGF-betaを介するが，その作用が共培養のペア細胞におけるDNA損傷に比例して増強する機序は全く不明であり，研究期間内でその謎に迫るべく努力したい．
AOM/DSS炎症発がんモデルでは，MSC投与群に形成された腫瘍では，MSC非投与（コントロール）群と比較すると，リン酸化beta-カテニンが有意に多く，beta-カテニン遺伝子の変異のスペクトラムが狭く，偏りが認められた。さらに，Tgf-beta/Smadシグナルの活性が抑制されていた。これらの結果は，MSCが大腸発がんに重要とされる古典的WNTおよびTgf-beta/Smadシグナルに作用して，発がんを抑制する第三のメカニズムの存在が疑われ，この点も，今後の研究課題である．

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

当初の計画では，本年度の予算の一部と他の科研費と合算で設備備品を購入を考えていたが，不可能となったため，本年度での使用額がやや予算より下回ってしまった．
本年度に比べ次年度からは，本研究の予算総額が減るので，むしろありがたく消耗品の購入に充てる予定である．

Research Products

• [Journal Article] Mesenchymal stem cells cancel azoxymethane-induced tumor initiation (2014)
  • Author(s): Nasuno M, Arimura Y, Nagaishi K, Isshiki H, Onodera K, Nakagaki S, Watanabe S, Idogawa M, Yamashita K, Naishiro Y, Adachi Y, Suzuki H, Fujimiya M, Imai K, Shinomura Y
  • Journal Title: STEM CELLS Volume: 32 Pages: 913-25
  • DOI: 10.1002/stem.1594
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characteristics of Japanese inflammatory bowel disease susceptibility loci (2014)
  • Author(s): Arimura Y, Isshiki H, Onodera K, Nagaishi K, Yamashita K, Sonoda T, Matsumoto T, Takahashi A, Takazoe M, Yamazaki K, Kubo M, Fujimiya M, Imai K, Shinomura Y
  • Journal Title: J Gastroenterol Volume: 49 Pages: 1217-30
  • DOI: 10.1007/s00535-013-0866-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conditioned mesenchymal stem cells produce pleiotropic gut trophic factors (2013)
  • Author(s): Watanabe S, Arimura Y, Nagaishi K, Isshiki H, Onodera K, Nasuno M, Yamashita K, Idogawa M, Naishiro Y, Murata M, Adachi Y, Fujimiya M, Imai K
  • Journal Title: J Gastroenterol Volume: 49 Pages: 270-82
  • DOI: 10.1007/s00535-013-0901-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Genome-Wide Association Study Identifies 2 Susceptibility Loci for Crohn's Disease in a Japanese Population (2013)
  • Author(s): Yamazaki K, Umeno J, Takahashi A, Hirano A, Johnson TA, Kumasaka N, Morizono T, Hosono N, Kawaguchi T, Takazoe M, Yamada T, Suzuki Y, Tanaka H, Motoya S, Hosokawa M, Arimura Y, Shinomura Y, Matsui T, Matsumoto T, Iida M, Tsunoda T, Nakamura Y, Kamatani N, Kubo M
  • Journal Title: Gastroenterology Volume: 144 Pages: 781-8
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2012.12.021
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 骨髄間葉系幹細胞依存性の大腸癌細胞増殖の機序
  • Author(s): 一色裕之，有村佳昭，永石歓和，苗代康可，篠村恭久，今井浩三
  • Organizer: JDDW2013
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] 骨髄間葉系幹細胞依存性大腸癌細胞増殖の機序
  • Author(s): 一色裕之，有村佳昭，小野寺馨，永石歓和，苗代康可，篠村恭久，今井浩三
  • Organizer: 第50回日本消化器免疫学会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Invited