Elucidation of underlyingmechanism of MKL1-mediated induction of cancer associated fibroblasts and its clinical applications

• Project/Area Number: 17H01401
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Tumor biology
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 佐谷 秀行 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 教授 (80264282)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 信末 博行 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任助教 (90525685)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥42,640,000 (Direct Cost: ¥32,800,000、Indirect Cost: ¥9,840,000); Fiscal Year 2019: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000); Fiscal Year 2018: ¥12,220,000 (Direct Cost: ¥9,400,000、Indirect Cost: ¥2,820,000); Fiscal Year 2017: ¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
• Keywords: がん微小環境 / 腫瘍関連線維芽細胞 / アクチン / 癌関連線維芽細胞 / 微小環境 / 分化 / 腫瘍微小環境 / MKL1 / Rhoキナーゼ阻害剤

Outline of Annual Research Achievements

脂肪細胞など、がん組織中に存在する種々の間質細胞は、サイトカイン等の刺激によって活性化し、腫瘍微小環境の主要な構成要素である癌関連線維芽細胞（cancer-associated fibroblast: CAF）へと分化する。これまでに、CAFの起源や特性については明らかにされつつあるが、CAFの分化を決定する分子機構は未解のままである。研究代表者らは最近の成果から、アクチン動態により制御される転写調節因子MKL1が体細胞のリプログラミングを誘導すること、さらにそのプロセスにおいて細胞をCAFへと転換することを見出しており、MKL1がCAF分化を決定するマスターレギュレーターとして働くことを示している。本研究は、CAF分化制御機構を解明するとともに、MKL1およびアクチン動態を制御することでCAFへの分化を阻害し微小環境制御により腫瘍抑制するという新たな治療の開発を目的として実施した。前年度までに、マウス骨肉腫モデルにおいて、Rhoキナーゼ（ROCK）阻害剤のFasudilを腹腔内投与すると腫瘍体積を有意に縮小させること、さらには腫瘍内部でのCAFの発生を抑制することを明らかにした。本年度では、Fasudilがアクチン動態の制御を介して、in vitro及びin vivoにおいてMKL1の核移行および転写活性を阻害することを見出しており、FasudilがMKL1を阻害することでCAF分化が抑制されることが強く示唆された。また、悪性度の高いマウス骨肉腫において抗がん剤ドキソルビシンとFasudilを併用投与することで、腫瘍抑制効果を著しく増強させることも新たに分かった。さらに、CAFへの分化を直接制御するMKL1の下流分子を探索したところ、MKL1によって誘導される2つの分子が同時に働くことによってCAF化が誘導されることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度において、Fasudilがアクチン動態を制御することによって、in vitro及びin vivoにおいてMKL1の核移行および転写活性を阻害することを見出しており、FasudilがCAF分化のマスターレギュレーターとして働くMKL1を標的とした分子標的薬となる可能性を示した。また、マウス骨肉腫モデルにおいて、Fasudil+ドキソルビシンの併用投与が、ドキソルビシン単剤投与と比較して、腫瘍抑制効果を著しく増強させることも見出しており、実臨床試験に向けての準備を整えた。加えて、MKL1によるCAF分化制御機構解明の一端として、２つの標的分子を同定できた。

Strategy for Future Research Activity

本年度までの研究において、マウス骨肉腫モデルにおいて、Fasudil投与が腫瘍内部のCAFの発生を減少させること、またFasudilとドキソルビシンを併用投与することで、腫瘍縮小効果が増強されることを見出した。これらの知見に基づいて、Fasudilの単剤投与あるいはFasudil+ドキシルビシンの併用投与がヒト骨肉腫モデルにおいてもCAF分化および腫瘍形成性を抑制できるか否か検討し、臨床研究に向けての基盤を固める。また本年度において、MKL1によって誘導される２つの分子が同時に働くことによってCAF分化が誘導されることを見出したので、その詳細なメカニズムを解析し、実際のマウス体内においてその２分子がCAF様細胞への誘導に寄与するか検討する。

Research Products

• [Journal Article] Inhibiting xCT Improves 5-Fluorouracil Resistance of Gastric Cancer Induced by CD44 Variant 9 Expression (2018)
  • Author(s): Miyoshi S, Tsugawa H, Matsuzaki J, Hirata K, Mori H, Saya H, Kanai T, Suzuki H.
  • Journal Title: Anticancer Res. Volume: 38 Pages: 6163-6170
  • DOI: 10.21873/anticanres.12969
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] T-type Calcium Channels Determine the Vulnerability of Dopaminergic Neurons to Mitochondrial Stress in Familial Parkinson Disease (2018)
  • Author(s): Tabata Yoshikuni、Imaizumi Yoichi、Sugawara Michiko、Andoh-Noda Tomoko、Banno Satoe、Chai MuhChyi、Sone Takefumi、Yamazaki Kazuto、Ito Masashi、Tsukahara Kappei、Saya Hideyuki、Hattori Nobutaka、Kohyama Jun、Okano Hideyuki
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 11 Pages: 1171-1184
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.09.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synthetic lethality of the ALDH3A1 inhibitor dyclonine and xCT inhibitors in glutathione deficiency-resistant cancer cells. (2018)
  • Author(s): Okazaki Shogo、Shintani Subaru、Hirata Yuki、Suina Kentaro、Semba Takashi、Yamasaki Juntaro、Umene Kiyoko、Ishikawa Miyuki、Saya Hideyuki、Nagano Osamu
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 9 Pages: 33832-33843
  • DOI: 10.18632/oncotarget.26112
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Epidermal growth factor receptor promotes glioma progression by regulating xCT and GluN2B-containing N-methyl-d-aspartate-sensitive glutamate receptor signaling. (2018)
  • Author(s): Suina K, Tsuchihashi K, Yamasaki J, Kamenori S, Shintani S, Hirata Y, Okazaki S, Sampetrean O, Baba E, Akashi K, Takahashi F, Takahashi K, Saya H, Nagano O.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 109 Pages: 3874-3882
  • DOI: 10.1111/cas.13826
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modeling sporadic ALS in iPSC-derived motor neurons identifies a potential therapeutic agent (2018)
  • Author(s): Fujimori K, Ishikawa M, Otomo A, Atsuta N, Nakamura R, Akiyama T, Hadano S, Aoki M, Saya H, Sobue G, Okano H.
  • Journal Title: Nature Medicine Volume: 24 Pages: 1579-1589
  • DOI: 10.1038/s41591-018-0140-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolic heterogeneity and plasticity of glioma stem cells in a mouse glioblastoma model. (2018)
  • Author(s): Shibao S、Minami N、Koike N、Fukui N、Yoshida K、Saya H、Sampetrean O
  • Journal Title: Neuro-Oncology Volume: 20 Pages: 343-354
  • DOI: 10.1093/neuonc/nox170
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] FZR1 loss increases sensitivity to DNA damage and consequently promotes murine and human B-cell acute leukemia (2017)
  • Author(s): Ishizawa J, Sugihara E, Kuninaka S, Mogushi K, Kojima K, Benton CB, Zhao R, Chachad D, Hashimoto N, Jacamo RO, Qiu Y, Yoo SY, Okamoto S, Andreeff M, Kornblau SM, Saya H.
  • Journal Title: Blood Volume: 129 Pages: 1958-1968
  • DOI: 10.1182/blood-2016-07-726216
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Activation of transforming growth factor beta 1 signaling in gastric cancer-associated fibroblasts increases their motility, via expression of rhomboid 5 homolog 2, and ability to induce invasiveness of gastric cancer cells. (2017)
  • Author(s): Ishimoto T, Miyake K, Nandi T, Yashiro M, Onishi N, Huang KK, Joyce LN, Kalpana R, Tay ST, Suzuki Y, Cho BC, Kuroda D, Arima K, Izumi D, Iwatsuki M, Baba Y, Oki E, Watanabe M, Saya H, Hirakawa K, Baba H, Tan P.
  • Journal Title: Gastroenterology. Volume: in press Pages: 191-204
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2017.03.046
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phase 1 study of sulfasalazine and cisplatin for patients with CD44v-positive gastric cancer refractory to cisplatin (EPOC1407) (2017)
  • Author(s): Shitara K, Doi T, Nagano O, Fukutani M, Hasegawa H, Nomura S, Sato A, Kuwata T, Asai K, Einaga Y, Tsuchihashi K, Suina K, Maeda Y, Saya H, Ohtsu A.
  • Journal Title: Gastric Cancer Volume: 20 Pages: 1004-1009
  • DOI: 10.1007/s10120-017-0720-y
  • NAID: 40021377421
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Inflammatory mediator ultra-low-molecular-weight hyaluronan triggers necrosis of B-precursor leukemia cells with high surface CD44 expression. (2017)
  • Author(s): Kasai S, Furuichi Y, Ando N, Kagami K, Abe M, Nakane T, Goi K, Inukai T, Saitoh S, Ohno S, Okazaki S, Nagano O, Saya H, Sugita K.
  • Journal Title: Cell Death Dis. Volume: 8
  • DOI: 10.1038/cddis.2017.249
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The impact of EpCAM expression on response to chemotherapy and clinical outcomes in patients with epithelial ovarian cancer (2017)
  • Author(s): Tayama S, Motohara T, Narantuya D, Li C, Fujimoto K, Sakaguchi I, Tashiro H, Saya H, Nagano O, Katabuchi H
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 8 Pages: 44312-44325
  • DOI: 10.18632/oncotarget.17871
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Calcitriol exerts an anti-tumor effect in osteosarcoma by inducing the endoplasmic reticulum stress response (2017)
  • Author(s): Shimizu T, Kamel WA, Yamaguchi-Iwai S, Fukuchi Y, Muto A, Saya H.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 108 Pages: 1793-1802
  • DOI: 10.1111/cas.13304
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] cRGD peptide installation on cisplatin-loaded nanomedicines enhances efficacy against locally advanced head and neck squamous cell carcinoma bearing cancer stem-like cells. (2017)
  • Author(s): Miyano Kazuki、Cabral Horacio、Miura Yutaka、Matsumoto Yu、Mochida Yuki、Kinoh Hiroaki、Iwata Caname、Nagano Osamu、Saya Hideyuki、Nishiyama Nobuhiro、Kataoka Kazunori、Yamasoba Tatsuya
  • Journal Title: J. Control. Release Volume: 261 Pages: 275-286
  • DOI: 10.1016/j.jconrel.2017.06.021
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Phase I study of salazosulfapyridine in combination with cisplatin and pemetrexed for advanced non-small-cell lung cancer. (2017)
  • Author(s): Otsubo K, Nosaki K, Imamura CK, Ogata H, Fujita A, Sakata S, Hirai F, Toyokawa G, Iwama E, Harada T, Seto T, Takenoyama M, Ozeki T, Mushiroda T, Inada M, Kishimoto J, Tsuchihashi K, Suina K, Nagano O, Saya H, Nakanishi Y, Okamoto I.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 108 Pages: 1843-1849
  • DOI: 10.1111/cas.13309
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reducing Inflammatory Cytokine Production from Renal Collecting Duct Cells by Inhibiting GATA2 Ameliorates Acute Kidney Injury (2017)
  • Author(s): Yu L, Moriguchi T, Kaneko H, Hayashi M, Hasegawa A, Nezu M, Saya H, Yamamoto M, Shimizu R.
  • Journal Title: Mol Cell Biol. Volume: 37 Pages: 00211-217
  • DOI: 10.1128/mcb.00211-17
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stat3 as a potential therapeutic target for rheumatoid arthritis. (2017)
  • Author(s): Oike T, Sato Y, Kobayashi T, Miyamoto K, Nakamura S, Kaneko Y, Kobayashi S, Harato K, Saya H, Matsumoto M, Nakamura M, Niki Y, Miyamoto T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Pages: 10965-10965
  • DOI: 10.1038/s41598-017-11233-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Organotypic brain explant culture as a drug evaluation system for malignant brain tumors. (2017)
  • Author(s): Minami N、Maeda Y、Shibao S、Arima Y、Ohka F、Kondo Y、Maruyama K、Kusuhara M、Sasayama T、Kohmura E、Saya H、Sampetrean O
  • Journal Title: Cancer Med Volume: 6 Pages: 2635-2645
  • DOI: 10.1002/cam4.1174
  • NAID: 120006373813
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Role of actin dynamics in cell fate plasticity of microenvironmental cells (2019)
  • Author(s): Hideyuki Saya
  • Organizer: 11th AACR-JCA Joint Conference on Breakthroughs in Cancer Research: Biology to Precision Medicine
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 慶應義塾大学医学部 先端医科学研究所 遺伝子制御研究部門ホームページ
  • URL: http://www.genereg.jp