Analysis of molecular mechanisms involved in the conversion of iPSs into cancer stem cells

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26640079
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 妹尾 昌治 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (90243493)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 笠井 智成 岡山大学, 自然科学研究科, 特別契約職員(講師) (30530191) ; 水谷 昭文 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (50598331) ; 工藤 孝幸 岡山大学, 自然科学研究科, 助教 (00346412) ; 村上 宏 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90260174) ; 増田 潤子 岡山大学, 自然科学研究科, 特任助教 (20424674)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: がん幹細胞 / iPS細胞 / キナーゼ阻害剤 / 網羅的解析

Outline of Annual Research Achievements

人工多能性幹細胞（iPS細胞）が、がん幹細胞へ分化する過程における細胞の変化を網羅的に解析し、がん幹細胞生成のメカニズムを明らかにすることを目的とした。まず、これまでに用いてきたがん細胞株の培養上清に加え、iPS 細胞をがん幹細胞へ誘導する効果を示す非変異原性化合物を探索し、選出された候補化合物が遺伝子に変異を誘起しない非変異原性物質であることを確認した上で、これらを用いてiPS細胞に引き起こされる変化を遺伝子発現プロフィール、プロテオミクス、メタボロミクス，エピジェネティクスの面から時系列を含めてがん幹細胞化まで検討し、iPS細胞からがん幹細胞への変化を解析して、そのメカニズムの解明を目指した。
マウスiPS細胞をフィブロブラスト誘導因子存在下で培養し分化させた後、フィブロブラストの形質発現とnanogの発現を確認すると同時に、CD24陽性CD44陽性細胞が含まれていることも明らかにした。
iPS細胞のがん幹細胞化に関連する標的タンパクとシグナル伝達経路の詳細な解析と妥当性を検証するため、インシリコでの検討とツール開発を行った。これまでの検討から、iPS細胞のがん化を促進する経路については、多数のキナーゼが関連していることが示唆され、キナーゼ阻害剤の標的選択性を正確に評価出来るシステムの構築に取り組んだ。また、化合物がどのような作用機構でiPS細胞のがん化に影響しているかを調べるため、化合物の作用標的と関連するパスウェイ推定した。NCBIの化合物データベースPubchemを検索し、123種類のがん化抑制化合物の作用標的候補が得られ、多様な作用標的が含まれることがわかった。さらに、これらの作用標的が関連する生体内のパスウェイでも、12の関連候補が得られた。この解析結果からキナーゼ阻害が多くのパスウェイに影響を及ぼしており、今後のメカニズム解明につながることが示唆された。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Wayne State University(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Wayne State University
• [Journal Article] 球面自己組織化マップを用いたキナーゼパネルアッセイデータのクラスタリング (2016)
  • Author(s): 工藤 孝幸、妹尾昌治
  • Journal Title: 日本化学会情報化学部会誌 Volume: 34 Pages: 2-5
  • DOI: http://doi.org/10.11546/cicsj.34.2
• [Journal Article] A Unique Procedure to Identify Cell Surface Markers Through a Spherical Self-Organizing Map Applied to DNA Microarray Analysis (2016)
  • Author(s): Y. Sugii, T. Kasai, M. Ikeda, A. Vaidyanath, K. Kumon, A. Mizutani, A. Seno, H. Tokutaka, T. Kudoh, M. Seno
  • Journal Title: Biomarkers in Cancer Volume: 8 Pages: 17-23
  • DOI: 10.4137/BIC.S33542.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A new PDAC mouse model originated from iPSCs-converted pancreatic cancer stem cells (CSCcm) (2016)
  • Author(s): Calle AS, Nair N, Oo AK, Prieto-Vila M, Koga M, Khayrani AC, Hussein M, Hurley L, Vaidyanath A, Seno A, Iwasaki Y, Calle M, Kasai T, Seno M
  • Journal Title: Am J Cancer Res Volume: 6 Pages: 2799-2815
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] iPSC-derived cancer stem cells provide a model of tumor vasculature. (2016)
  • Author(s): Prieto-Vila M, Yan T, Calle AS, Nair N, Hurley L, Kasai T, Kakuta H, Masuda J, Murakami H, Mizutani A, Seno M.
  • Journal Title: Am J Cancer Res Volume: 6 Pages: 1906-1921
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Transient Tcf3 Gene Repression by TALE-Transcription Factor Targeting. (2016)
  • Author(s): Masuda J, Kawamoto H, Strober W, Takayama E, Mizutani A, Murakami H, Ikawa T, Kitani A, Maeno N, Shigehiro T, Satoh A, Seno A, Arun V, Kasai T, Fuss IJ, Katsura Y, Seno M.
  • Journal Title: Appl Biochem Biotechnol. Volume: 180 Pages: 1559-1573
  • DOI: 10.1007/s12010-016-2187-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of Gene Expression Patterns among Artificially Developed Cancer Stem Cells Using Spherical Self-Organizing Map. (2016)
  • Author(s): Seno A, Kasai T, Ikeda M, Vaidyanath A, Masuda J, Mizutani A, Murakami H, Ishikawa T, Seno M
  • Journal Title: Cancer Inform Volume: 15 Pages: 163-178
• [Presentation] iPSC derived CSC model with lung metastasis developed in the microenvironment of lung carcinoma. (2016)
  • Author(s): Aung Ko Ko Oo, Tomonori Kasai, Arun Vaidyanath, H.B. Mahmud, Neha Nair, Anna S. Calle, Masaharu Seno.
  • Organizer: ASCB annual meeting 2016
  • Place of Presentation: サンフランシスコ アメリカ
  • Year and Date: 2016-12-03 – 2016-12-07
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトiPS細胞から作製するがん幹細胞モデル (2016)
  • Author(s): 五味 真知、星川 健太、岩崎 良章、笠井 智成、妹尾 昌治
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 胚様体形成させたiPS細胞から誘導するがん幹細胞 (2016)
  • Author(s): 古賀 めぐみ、Anna Sanchez Calle、岩崎 良章、笠井 智成、妹尾 昌治
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 化学物質によるがん幹細胞誘導性メカニズムの解明 (2016)
  • Author(s): 松本 拓馬、佐々田 沙紀、池田 雅志、Anna Sanchez Calle、笠井 智成、妹尾 昌治
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] TALE-転写因子技術を利用したTcf3遺伝子発現の抑制 (2016)
  • Author(s): 増田 潤子、河本 宏、高山 英次、水谷 昭文、村上 宏、伊川 友活、前野 成実、重廣 司、佐藤 あやの、妹尾 彬正、Arun Vaidyanath、笠井 智成、桂 義元、妹尾 昌治
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Exploration of Target Molecules and Related Pathways Affecting the Conversion of iPSCs into Cancer Stem Cells by Chemical Compounds (2016)
  • Author(s): Takayuki Kudoh, Saki Sasada, Junko Masuda, Masashi Ikeda, Takuma Matsumoto, Anna Sanchez Calle, Neha Nair, Mami Asakura, Tomonari Kasai, Masaharu Seno
  • Organizer: 第５回生命医薬情報学連合大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2016-09-29 – 2016-10-01
• [Presentation] The significance of c-Kit proto-oncogene in iCSC-derived PDAC model (2016)
  • Author(s): Anna Sanchez Calle, Kenta Hoshikawa, Neha Nair, Marta Prieto-Vila, Arun Vaidyanath, Tomonari Kasai, Masaharu Seno
  • Organizer: AACR Annual meeting 2016
  • Place of Presentation: ニューオリンズ アメリカ
  • Year and Date: 2016-04-16 – 2016-04-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cancer stem cells as the novel origin of cancer-associated fibroblast-like cells (2016)
  • Author(s): Neha Nair, Arun Vaidyanath, Kenta Hoshikawa, Anna Sanchez Calle, Tomonari Kasai, Masaharu Seno
  • Organizer: AACR Annual meeting 2016
  • Place of Presentation: ニューオリンズ アメリカ
  • Year and Date: 2016-04-16 – 2016-04-20
  • Int'l Joint Research