慢性炎症－再生－がん連関におけるエピゲノムリモデリング機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17J04827
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 消化器外科学
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 藤井 正幸 慶應義塾大学, 医学部, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2017-04-26 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 炎症性腸疾患 / オルガノイド / 発癌 / 遺伝子変異 / 慢性炎症 / 大腸癌 / 潰瘍性大腸炎 / サイトカイン / 発がん

研究実績の概要

慢性炎症腸管粘膜に特徴的に蓄積する遺伝子異常の同定
慢性炎症粘膜に特徴的に蓄積する遺伝子異常をクローンレベルで捉えるため，潰瘍性大腸炎患者から提供を受けた慢性炎症粘膜より計76ラインのクローナルなオルガノイド株を樹立し，エキソーム解析を行った．その結果，まず慢性炎症に伴い遺伝子変異の総数は軽度であるが統計学的に有意に上昇し，この傾向は関連癌を合併した症例において顕著であることが判明した．さらに，慢性炎症粘膜には炎症シグナルに関連した遺伝子（NFKBIZ, PIGR, TRAF3IP2）に変異が認められた．変異遺伝子はIL-17シグナルを構築する主要蛋白をコードしていることから，慢性炎症粘膜にはIL-17シグナルに関連する遺伝子変異が特異的に蓄積すると考えられた．この現象の実証のため，樹立初期の多クローンからなる慢性炎症上皮オルガノイド111例および健常上皮オルガノイド32例を対象とし，IL-17シグナル関連遺伝子を含む炎症関連遺伝子パネルのターゲットシーケンスを行った．慢性炎症粘膜にはエキソームシーケンスによって同定された遺伝子変異が高頻度で認められ，IL-17シグナルに関連する他の遺伝子(IL17RA, ZC3H12A, NOS2)にも変異が特異的に蓄積することが判明した．
同定された遺伝子変異の機能的解析のため，CRISPR-Cas9システムを用いて正常大腸上皮オルガノイドの遺伝子編集を用った．IL-17Aは正常大腸上皮オルガノイドはNOS2を介したプログラム細胞死を誘導するが，いずれの遺伝子改変オルガノイドもこの反応に対する感受性が低下しており,IL-17A存在下でも生存可能であった．
以上の結果より，潰瘍性大腸炎患者における腸管病変では，慢性的な炎症暴露に伴いIL-17シグナルに関連する遺伝子変異を獲得したクローンが選択的に増殖することを実証した．

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Somatic inflammatory gene mutations in human ulcerative colitis epithelium. (2020)
  • 著者名/発表者名: Nanki K, Fujii M, Shimokawa M, Matano M, Nishikori S, Date S, Takano A, Toshimitsu K, Ohta Y, Takahashi S, Sugimoto S, Ishimaru K, Kawasaki K, Nagai Y, Ishii R, Yoshida K, Sasaki N, Hibi T, Ishihara S, Kanai T, Sato T.
  • 雑誌名: Nature 巻: 7789 号: 7789 ページ: 254-259
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1844-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chromosome Engineering of Human Colon-Derived Organoids to Develop a Model of Traditional Serrated Adenoma. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki K, Fujii M, Sugimoto S, Ishikawa K, Matano M, Ohta Y, Toshimitsu K, Takahashi S, Hosoe N, Sekine S, Kanai T, Sato T.
  • 雑誌名: Gastroenterology 巻: 3 号: 3 ページ: 638-651
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2019.10.009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modeling Human Digestive Diseases With CRISPR-Cas9?Modified Organoids (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujii Masayuki、Clevers Hans、Sato Toshiro
  • 雑誌名: Gastroenterology 巻: 156 号: 3 ページ: 562-576
  • DOI: 10.1053/j.gastro.2018.11.048
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Human Intestinal Organoids Maintain Self-Renewal Capacity and Cellular Diversity in Niche-Inspired Culture Condition (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujii Masayuki、Matano Mami、Toshimitsu Kohta、Takano Ai、Mikami Yohei、Nishikori Shingo、Sugimoto Shinya、Sato Toshiro
  • 雑誌名: Cell Stem Cell 巻: 23 号: 6 ページ: 787-793
  • DOI: 10.1016/j.stem.2018.11.016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Divergent Routes toward Wnt and R-spondin Niche Independency during Human Gastric Carcinogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Nanki Kosaku、Toshimitsu Kohta、Takano Ai、Fujii Masayuki、Takahashi Sirirat、Sukawa Yasutaka、Ishida Hiroki、Sugimoto Shinya、Kawakubo Hirofumi、Kim Jihoon、Kitagawa Yuko、Sekine Shigeki、Koo Bon-Kyoung、Kanai Takanori、Sato Toshiro
  • 雑誌名: Cell 巻: 174 号: 4 ページ: 856-869
  • DOI: 10.1016/j.cell.2018.07.027
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Gastroenteropancreatic neuroendocrine neoplasms: genes, therapies and models (2018)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki K, Fujii M, Sato T
  • 雑誌名: Disease Models & Mechanisms 巻: 11 号: 2
  • DOI: 10.1242/dmm.029595
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Human Pancreatic Tumor Organoids Reveal Loss of Stem Cell Niche Factor Dependence during Disease Progression. (2018)
  • 著者名/発表者名: Seino T, Kawasaki S, Shimokawa M, Tamagawa H, Toshimitsu K, Fujii M, Ohta Y, Matano M, Nanki K, Kawasaki K, Takahashi S, Sugimoto S, Iwasaki E, Takagi J, Itoi T, Kitago M, Kitagawa Y, Kanai T, Sato T.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell. 巻: 22 号: 3 ページ: 454-467
  • DOI: 10.1016/j.stem.2017.12.009
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reconstruction of the Human Colon Epithelium In Vivo. (2018)
  • 著者名/発表者名: Sugimoto S, Ohta Y, Fujii M, Matano M, Shimokawa M, Nanki K, Date S, Nishikori S, Nakazato Y, Nakamura T, Kanai T, Sato T.
  • 雑誌名: Cell Stem Cell. 巻: 22 号: 2 ページ: 171-176
  • DOI: 10.1016/j.stem.2017.11.012
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Defining the role of Lgr5+ stem cells in colorectal cancer: from basic research to clinical applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujii Masayuki、Sato Toshiro
  • 雑誌名: Genome Medicine 巻: 9 号: 1 ページ: 66-66
  • DOI: 10.1186/s13073-017-0460-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization and Targeting of LGR5+ Human Colon Cancer Stem Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimokawa M, Ohta Y, Nishikori S, Matano M, Takano A, Fujii M, Date S, Sugimoto S, Kanai T, Sato T
  • 雑誌名: Nature 巻: 印刷中 号: 7653 ページ: 13-14
  • DOI: 10.1038/nature22081
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] 生体内ニッチに即したヒト腸管上皮幹細胞培養法とその応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井 正幸
  • 学会等名: 第91回日本生化学学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Establishment of Patient-Derived Organoids and Their Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujii
  • 学会等名: The 2nd International Meeting on Intestinal Diseases
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Establishment of Patient-Derived Organoids and Their Applications (2017)
  • 著者名/発表者名: Masayuki Fujii, Toshiro Sato
  • 学会等名: The 28th Annual Meeting of the Japanese Society for Gastroenterological Carcinogenesis
  • 国際学会 / 招待講演