Establishment of Gene Engineered Organoids for Functional Analysis of Human Colorectal Driver Gene Mutations

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26293177
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 佐藤 俊朗 慶應義塾大学, 医学部, 准教授 (70365245)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 大腸癌 / 浸潤 / 転移 / オルガノイド / 幹細胞

Outline of Annual Research Achievements

近年の次世代シークエンス技術の進歩と大規模なシークエンス解析プロジェクトにより, 大腸がんの網羅的ながん遺伝子変異同定が可能になった。しかしながら，発がんに寄与するドライバー遺伝子変異の同定はバイオインフォマティクスによるin sillico解析に依存しており，その生物学的な理解が追いついていない。我々は，大腸上皮組織の体外培養技術であるオルガノイド培養を開発し，これなで困難であったヒトの組織幹細胞の機能解析が可能となった。さらに，CRISPR-Cas9ゲノム編集技術を組み合わせることによるヒト大腸上皮遺伝子変異導入オルガノイドの作製により，ドライバー遺伝子と呼ばれるがん遺伝子変異を導入することに成功した。しかしながら，既知のドライバー遺伝子の組み合わせのみではがんの浸潤・転移能の獲得までには至らなかった。一方で，近年，Long tailと呼ばれるドライバー遺伝子より変異の頻度が少ないが，有意にがんに変異を認める遺伝子変異が注目されている。そこで，本研究では大腸がんの3%程度以上に認める25個の遺伝子を様々な組み合わせでノックアウトまたは変異ノックインし，人工大腸がんの作製およびその細胞生物学的特性の解析を行うこととした。作製された遺伝子変異オルガノイドは超免疫不全マウスを用いた異種移植系により，病理組織学的な評価と浸潤・転移能などの機能形質の解析が可能である。構築されるドライバー遺伝子機能解析基盤は汎用性が高く，様々な創薬スクリーニング応用が期待でき，高い社会的波及効果を併せ持つ。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Visualization and Targeting of LGR5+ Human Colon Cancer Stem Cells. (2017)
  • Author(s): Shimokawa M, Ohta Y, Nishikori S, Matano M, Takano A, Fujii M, Date S, Sugimoto S, Kanai T, Sato T.
  • Journal Title: Nature Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1038/nature2208
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cell competition with normal epithelial cells promotes apical extrusion of transformed cells through metabolic changes. (2017)
  • Author(s): Kon S,Ishibashi K,Katoh H,Kitamoto S,Shirai T,Tanaka S,Kajita M,Ishikawa S,Yamauchi,Yako Ｙ, Kamasaki T,Nishikawa A,Kameda I, Maruyama T,Narumi R,Morita T,Sasaki Y,Enoki R,Honma S,Imamura H,Oshima M,Soga T,Miyazaki J,Duchen MR, Nam J,Onodera Y,Yoshioka S,Kikuta J,Ishii M, Imajo M,Nishida E,Fujioka Y,Ohba Y,Sato T
  • Journal Title: Nature Cell Biology Volume: 19 Pages: 530-541
  • DOI: 10.1038/ncb3509
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] IL-22BP dictates characteristics of Peyer's patch follicle-associated epithelium for antigen uptake (2017)
  • Author(s): Jinnohara T, Kanaya T, Hase K, Sakakibara S, Kato T, Tachibana N, Sasaki T, Hashimoto Y, Sato T, Watarai H, Kunisawa J, Shibata N, Williams I, Kiyono H, and Ohno H
  • Journal Title: J Exp Med Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expansion of adult human pancreatic tissue yields organoids harbouring progenitor cells with endocrine differentiation potential (2017)
  • Author(s): Loomans CJM, Giuliani NW, Balak J, Ringnalda F,van Gurp L, Huch M, Boj SF, Sato T, Kester L, de Sousa Lopes SMC, Roost MS, Bonner-Weir S, Engelse MA, Rabelink TJ, Heimberg H, Vries RGJ, van Oudenaarden A, Carlotti F, Clevers H, de Koning EJP
  • Journal Title: Science Translational Medicine Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A Single Species of Clostridium Subcluster XIVa Decreased in Ulcerative Colitis Patients (2016)
  • Author(s): Takeshita K, Mizuno S, Mikami Y, Sujino T, Saigusa K, Matsuoka K, Naganuma M, Sato T, Takada T, Tsuji H, Kushiro A, Nomoto K, Kanai T
  • Journal Title: Inflamm Bowel Diｓ Volume: 22 Pages: 2802-2810
  • DOI: 10.1097/MIB.0000000000000972
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Tissue-specific mutation accumulation in human adult stem cells during life (2016)
  • Author(s): Blokzijl F,de Ligt J,Jager M,Sasselli V,Roerink S,Sasaki N,Huch M,Boymans S,Kuijk E,Prins P, Nijman I,Martincorena I,Mokry M,Wiegerinck CL,Middendorp S,Sato T,Schwank G, Nieuwenhuis EES,Verstegen MMA,van der Laan LJW,de Jonge J,IJzermans JNM, Vries RG,van de Wetering M,Stratton MR,Clevers H,Cuppen E,van Boxtel R
  • Journal Title: Nature Volume: 238 Pages: 260-264
  • DOI: 10.1038/nature19768
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Zinc transporter SLC39A7/ZIP7 promotes intestinal epithelial self-renewal by resolving ER stress (2016)
  • Author(s): Ohashi W, Kimura S, Iwanaga T, Furusawa Y, Irie T, Izumi H, Watanabe T, Hijikata A, Hara T, Ohara O, Koseki H, Sato T, Robine S, Mori H, Hattori Y, Watarai H, Mishima K, Ohno H, Hase K, Fukada T
  • Journal Title: PLoS Genet Volume: 12 Pages: e1006349
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1006349
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mule Regulates the Intestinal Stem Cell Niche via the Wnt Pathway and Targets EphB3 for Proteasomal and Lysosomal Degradation (2016)
  • Author(s): Dominguez-Brauer C, Hao Z, Elia AJ, Fortin JM, Nechanitzky R, Brauer PM, Sheng Y, Mana MD, Chio II, Haight J, Pollett A, Cairns R, Tworzyanski L, Inoue S, Reardon C, Marques A, Silvester J, Cox MA, Wakeham A, Yilmaz OH, Sabatini DM, van Es JH, Clevers H, Sato T, Mak TW
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 19 Pages: 205-216
  • DOI: 10.1016/j.stem.2016.04.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A colorectal tumor organoid library demonstrates progressive loss of niche factor requirements (2016)
  • Author(s): Fujii M, Shimokawa M, Date S, Takano A, Matano M, Ohta Y, Nanki K, Kawasaki K, Nakazato Y, Uraoka T, Watanabe T, Kanai T, Sato T
  • Journal Title: Cell Stem Cell Volume: 18 Pages: 827-838
  • DOI: 10.1016/j.stem.2016.04.003
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SETD7 controls intestinal regeneration and tumorigenesis by regulating Wnt/beta-catenin and Hippo/YAP signaling (2016)
  • Author(s): Oudhoff MJ, Braam MJS, Freeman SA, Wong D, Rattray DG, Want J, Antignano F, Snyder K, Refaeli I, Hughes MR, McNagny KM, Gold MR, Arrowsmith CH, Sato T, Rossi FMV, Tatlock JT, Owen D, Brown PJ, Zaph C
  • Journal Title: Developmental Cell Volume: 37 Pages: 47-57
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2016.03.002
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 加齢・炎症ストレスの及ぼす腸管上皮幹細胞の分子遺伝学的変化．1PS18 ステムセルエイジング：老化の謎は解明できるか？ (2016)
  • Author(s): 佐藤俊朗，南木康作，下川真理子
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-11-30
• [Presentation] Visualization of Human Colon Cancer Stem Cells Using Organoid Technology. Princess Takamatsu Cancer Research Fund. (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: Current Status and Perspective of Cancer Stem Cell Research
  • Place of Presentation: Tokyo Palace Hotel(東京都千代田区)
  • Year and Date: 2016-11-08 – 2016-11-08
• [Presentation] Easy manipulation of the genome: CRISPR technology. Translational Basic Science Novel models for GI disease (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: UEGW 2016
  • Place of Presentation: Ｖienna （Ａustria）
  • Year and Date: 2016-10-17 – 2016-10-17
• [Presentation] Disease modeling of human colorectal cancer. EMBO (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: EMBL Symposium
  • Place of Presentation: Heidelberg（Germany）
  • Year and Date: 2016-10-15 – 2016-10-15
• [Presentation] Gut environments and human colorectal carcinogenesis. Symposium 17. The intestinal microflora and cancer (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato, Shinya Sugimoto, Mami Matano
  • Organizer: The 75th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • Place of Presentation: PACIFICO Yokohama (Yokohama,Kanagawa)
  • Year and Date: 2016-10-08 – 2016-10-08
• [Presentation] ヒト大腸がん発がん・がん幹細胞のゲノム編集を用いた機能解析 (2016)
  • Author(s): 佐藤俊朗．太田悠木，股野麻未，藤井正幸，下川真理子
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-25
• [Presentation] Disease Modeling of Colorectal Cancer Using Orgnaoids,Concurrent IV Disease modeling II. (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: ISSCR 2016
  • Place of Presentation: San Francisco（America)
  • Year and Date: 2016-07-25 – 2016-07-25
• [Presentation] Disease modeling of colorectal cancer using organoids (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: The 41st Naito Conference
  • Place of Presentation: CHATERAISE Gateaux Kingdom SAPPORO（Sapporo-shi, Hokkaido）
  • Year and Date: 2016-07-07 – 2016-07-07
• [Presentation] 腸管上皮オルガノイド培養の確立とその応用．特別企画２ 日本から世界に向けて発信されたトップ研究 (2016)
  • Author(s): 佐藤俊朗
  • Organizer: 第102回日本消化器病学会大会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-04-22 – 2016-04-22
• [Presentation] Intestinal Stem Cell Niche Signaling in Homeostatic and Diseased Epithelium. Session2. Gut homeostasis and IBD (2016)
  • Author(s): Toshiro Sato
  • Organizer: The 5th International Forum of the 102nd General Meeting of the Japanese Society of Gastroenterology
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2016-04-21 – 2016-04-21