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がん多様性をin situで見える化する解析プラットフォーム構築と臨床応用

研究課題

研究課題/領域番号 21K19414
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分50:腫瘍学およびその関連分野
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

田中 伸之  慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (60445244)

研究期間 (年度) 2021-07-09 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2021年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワードがん免疫ゲノミクス / 免疫微小環境 / シークエンス / シングルセル / ライトシート顕微鏡 / がん多様性 / in situ
研究開始時の研究の概要

腫瘍免疫微小環境とゲノム不安定性を統合的に理解する「がん免疫ゲノミクス」研究は、バイオマーカー探索や複合的ながん免疫治療法の開発で、ポストがんゲノム時代の新しい潮流である。膀胱癌はがん免疫治療で先駆的立場にある。本研究は、多層的な膀胱癌シークエンスデータを最新のがんイメージングでin situに視覚化することで、シークエンス過程で失われるがん特有の空間情報を併せ持つ「立体的ながん免疫ゲノミクス景観」を構築するための革新的な解析プラットフォーム確立を目指す。立体的ながん免疫ゲノミクス景観は、平面では同一と思われたがん免疫ゲノミクスに「奥行き」という新しい次元を付与する。

研究実績の概要

腫瘍免疫微小環境とゲノム不安定性を統合的に理解する「がん免疫ゲノミクス」研究は、バイオマーカー探索や複合的ながん免疫治療法の開発で、ポストがんゲノム時代の新しい潮流である。我々は、がん多様性を克服するロバストな研究プラットフォームとして、①最新のシングルセルシークエンスシステム、②独自の3次元イメージング法を有する。2023年度もこれまでと同様に、各プラットフォームを実装・融合させるための基盤整備に加えて、Visium空間的遺伝子発現解析上で特定のサブクローンを同定する基盤構築を進めた。
2023年度の主な研究実績は、①腎細胞がん腫瘍内微小脈管の構造をライトシート顕微鏡と独自の組織透明化パイプライン:DIPCO法を用いて解析し、腎細胞がん予後・ゲノム異常の予測モデルを構築した。腫瘍内微小脈管(血管・リンパ管)の構造は不均一かつ複雑であり、二次元解析で完全な特徴を得ることは困難である。本研究は、三次元ライトシート顕微鏡を用いて、腎細胞がん腫瘍内微小脈管網を可視化し、その特徴を明らかにすると共に、予後・ゲノム異常予測に同情報が有益かどうかを検証した。また、②癌イメージングで最新なmultiplexed single-cell pathologyを用いて、尿路上皮がんにおけるB7ファミリーB7-H3/B7-H4/B7-H5の発現プロファイルと免疫細胞浸潤の空間的特徴を解析した。その結果、尿路上皮がんではB7-H3とB7-H4が主に腫瘍細胞に、B7-H5が免疫細胞に発現しており、B7-H3/B7-H4/B7-H5陽性細胞の多くはPD-L1陽性細胞と相互に排他的であることが判明した。さらに空間解析から、B7-H4+細胞はCD8+細胞から離れた腫瘍空間に存在していることが分かり、B7-H4陽性細胞が特異的な空間ニッチを形成している可能性が示唆された。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2023年度は2022年度と同様に、がん多様性を見える化する解析プラットフォームとして、①Phenocyclerを利用したmultiplexed single-cell pathologyと共に、②ホルマリン固定パラフィン包埋組織を用いた空間的トランスクリプトミクスVisium空間的遺伝子発現解析を進めた。一方、①Phenocyclerによるシングルセル解析は、尿路上皮がんに加えて、同じ免疫感受性泌尿器がんである腎細胞がんでも研究を進めているが、当教室が保有する世界規模バイオアーカイブで検討を進めているため、得られるビックデータの処理にやや時間を要している。また、②Visium空間的遺伝子発現解析は、多層的な遺伝子変異解析と組み合わせることで、トランスクリプトームと遺伝子変異情報を併せ持つサブクローンの詳細を明らか出来るが、1スポットあたり最大10個程度の細胞が含まれる可能性があり、解析の解像度はニヤシングルセルに留まる。この問題の解決に、空間的遺伝子発現解析を行った同じ組織片を利用して、最新のChromium fixed RNA profilingを進めており、同解析にもやや時間を要している。次年度は、これら成果の解析を円滑に進め、本研究が目的とする腫瘍空間における「立体的ながん免疫ゲノミクス景観」の解明を達成したいと考える。

今後の研究の推進方策

通常のシークエンスから成るがん免疫ゲノミクスデータは、サンプル調製過程の細胞分離が不可避なため、組織空間における細胞の位置情報(不均一な細胞分布等)が失われてしまう。数字/文字列で平面的なシークエンスデータの見える化は、平面では同一と思われたがん免疫ゲノミクスに、特定のクローンや免疫細胞が生息するニッチ構造のような「奥行き」という新しい次元を付与するため、真のがん免疫ゲノミクス解明に欠かせない。2023年度は、Phenocyclerに代表されるオリゴヌクレオチドバーコードに結合した抗体を用いる微小環境解析システムによるシングルセル解析を、当教室が保有する世界規模の尿路上皮がん・腎細胞がんバイオアーカイブに適用した。腫瘍空間内のタンパク質が、シングルセルレベルで数十種以上が同時に検出可能であり、ビックデータ処理にやや時間を要しているが、次年度は同データを利用し、免疫治療下に生き残る腫瘍細胞の階層性探索を進める予定である。また、Visium空間的遺伝子発現解析とChromium fixed RNA profilingは、同一検体・同一箇所から得られる空間的遺伝子発現解析・シングルセルRNAデータを融合することで、それぞれのスポットにどの細胞サブセットがどの程度存在しているかの推定がより精密となる(デコンボリューション)。次年度は、既に得られた同データの解析に加えて、免疫チェックポイント阻害薬後の腫瘍組織でのデータ集積を進めて、標的サブクローンの周囲に存在する免疫抑制的なニッチ環境を立体的に明らかにしたい。本研究は最終的に、「立体的ながん免疫ゲノミクス景観」の解明から、免疫チェックポイント阻害薬に対する耐性克服を可能とする治療標的の導出や臨床上のバイオマーカー探索に繋げたいと考える。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2023 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (7件) (うち招待講演 6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Single-Cell Phenotyping of CD73 Expression Reveals the Diversity of the Tumor Immune Microenvironment and Reflects the Prognosis of Bladder Cancer2023

    • 著者名/発表者名
      Izawa Mizuki、Tanaka Nobuyuki、Murakami Tetsushi、Anno Tadatsugu、Teranishi Yu、Takamatsu Kimiharu、Mikami Shuji、Kakimi Kazuhiro、Imamura Takeshi、Matsumoto Kazuhiro、Oya Mototsugu
    • 雑誌名

      Laboratory Investigation

      巻: 103 号: 4 ページ: 100040-100040

    • DOI

      10.1016/j.labinv.2022.100040

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Prognostic role of the innate immune signature CD163 and “eat me” signal calreticulin in clear cell renal cell carcinoma2023

    • 著者名/発表者名
      Anno Tadatsugu、Tanaka Nobuyuki、Takamatsu Kimiharu、Hakozaki Kyohei、Kufukihara Ryohei、Baba Yuto、Takeda Toshikazu、Matsumoto Kazuhiro、Morita Shinya、Kosaka Takeo、Mikami Shuji、Nishihara Hiroshi、Mizuno Ryuichi、Oya Mototsugu
    • 雑誌名

      Cancer Immunology, Immunotherapy

      巻: - 号: 6 ページ: 1779-1788

    • DOI

      10.1007/s00262-023-03369-8

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Site-Specific Differences in PD-1 Blockade Success and Biomarkers in Urothelial Carcinoma Treated with Pembrolizumab2023

    • 著者名/発表者名
      Umeda Kota、Tanaka Nobuyuki、Yasumizu Yota、Takeda Toshikazu、Matsumoto Kazuhiro、Morita Shinya、Kosaka Takeo、Mizuno Ryuichi、Oya Mototsugu
    • 雑誌名

      Clinical Genitourinary Cancer

      巻: 21 号: 1 ページ: 128-135

    • DOI

      10.1016/j.clgc.2022.08.004

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybridisation chain reaction-based visualisation and screening for lncRNA profiles in clear-cell renal-cell carcinoma2022

    • 著者名/発表者名
      Kufukihara Ryohei、Tanaka Nobuyuki、Takamatsu Kimiharu、Niwa Naoya、Fukumoto Keishiro、Yasumizu Yota、Takeda Toshikazu、Matsumoto Kazuhiro、Morita Shinya、Kosaka Takeo、Aimono Eriko、Nishihara Hiroshi、Mizuno Ryuichi、Oya Mototsugu
    • 雑誌名

      British Journal of Cancer

      巻: 127 号: 6 ページ: 1133-1141

    • DOI

      10.1038/s41416-022-01895-3

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Unique characteristics of tertiary lymphoid structures in kidney clear cell carcinoma: prognostic outcome and comparison with bladder cancer2022

    • 著者名/発表者名
      Masuda Tsukasa、Tanaka Nobuyuki、Takamatsu Kimiharu、Hakozaki Kyohei、Takahashi Ryohei、Anno Tadatsugu、Kufukihara Ryohei、Shojo Kazunori、Mikami Shuji、Shinojima Toshiaki、Kakimi Kazuhiro、Tsunoda Tatsuhiko、Aimono Eriko、Nishihara Hiroshi、Mizuno Ryuichi、Oya Mototsugu
    • 雑誌名

      Journal for ImmunoTherapy of Cancer

      巻: 10 号: 3 ページ: 1-12

    • DOI

      10.1136/jitc-2021-003883

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiplexed single-cell pathology reveals the association of CD8 T-cell heterogeneity with prognostic outcomes in renal cell carcinoma2021

    • 著者名/発表者名
      Murakami Tetsushi、Tanaka Nobuyuki、Takamatsu Kimiharu、Hakozaki Kyohei、Fukumoto Keishiro、Masuda Tsukasa、Mikami Shuji、Shinojima Toshiaki、Kakimi Kazuhiro、Tsunoda Tatsuhiko、Sawada Kazuaki、Imamura Takeshi、Mizuno Ryuichi、Oya Mototsugu
    • 雑誌名

      Cancer Immunology, Immunotherapy

      巻: 70 号: 10 ページ: 3001-3013

    • DOI

      10.1007/s00262-021-03006-2

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Landscape of prognostic signatures and immunogenomics of the AXL/GAS6 axis in renal cell carcinoma2021

    • 著者名/発表者名
      Hakozaki Kyohei、Tanaka Nobuyuki、Takamatsu Kimiharu、Takahashi Ryohei、Yasumizu Yota、Mikami Shuji、Shinojima Toshiaki、Kakimi Kazuhiro、Kamatani Takashi、Miya Fuyuki、Tsunoda Tatsuhiko、Aimono Eriko、Nishihara Hiroshi、Mizuno Ryuichi、Oya Mototsugu
    • 雑誌名

      British Journal of Cancer

      巻: 125 号: 11 ページ: 1533-1543

    • DOI

      10.1038/s41416-021-01559-8

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Profiling the inhibitory receptors LAG-3, TIM-3, and TIGIT in renal cell carcinoma reveals malignancy2021

    • 著者名/発表者名
      Kimiharu Takamatsu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 5547-5547

    • DOI

      10.1038/s41467-021-25865-0

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] Diversity of bladder carcinoma in situ treated with BCG therapy: Immunogenomic characterization and single-cell analysis2023

    • 著者名/発表者名
      田中 伸之
    • 学会等名
      第110回日本泌尿器科学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 透析腎癌のイムノゲノミクスと微小環境2023

    • 著者名/発表者名
      田中 伸之
    • 学会等名
      第68回日本透析医学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Novel Imaging Techniques to Visualize Tumor Immune Microenvironment and Clinical Applications2023

    • 著者名/発表者名
      田中 伸之
    • 学会等名
      第82回日本癌学会学術総会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 尿由来エクソソームを用いた尿路上皮癌の新しい体外診断2023

    • 著者名/発表者名
      田中 伸之
    • 学会等名
      第61回日本癌治療学会学術集会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 微小環境から考える泌尿器がんの異質性:複合がん免疫療法の最適化2022

    • 著者名/発表者名
      田中 伸之
    • 学会等名
      第26回日本がん免疫学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] がん免疫療法時代における腎細胞癌バイオマーカー:がん免疫ゲノミクスの視点から2022

    • 著者名/発表者名
      田中 伸之
    • 学会等名
      第37回腎移植・血管外科研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シングルセルから超高解像度ナノレベルまで:次世代イメージングで見て解る癌 微小環境の全容2021

    • 著者名/発表者名
      田中 伸之
    • 学会等名
      第109回日本泌尿器科学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [備考] 慶應義塾大学医学部 泌尿器科学教室ホームページ

    • URL

      http://www.keio-urology.jp/

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書 2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2021-07-13   更新日: 2024-12-25  

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