がん幹細胞化に関与するSphere形成メカニズムを標的とした革新的治療開発

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05792
• 研究機関: 福岡歯科大学
• 研究代表者: 前原 喜彦 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 客員教授 (80165662)
• 研究分担者: 播本 憲史 群馬大学, 医学部附属病院, 講師 (00419582) ; 古山 正 九州大学, 大学病院, 講師 (00419590) ; 原田 結 九州大学, 薬学研究院, 准教授 (00608507) ; 間野 洋平 九州大学, 大学病院, 助教 (10792244) ; 馬場 秀夫 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (20240905) ; 赤星 朋比古 九州大学, 医学研究院, 准教授 (20336019) ; 松本 拓也 国際医療福祉大学, 医学部, 主任教授 (20374168) ; 飯森 真人 九州大学, 薬学研究院, 准教授 (20546460) ; 副島 雄二 九州大学, 大学病院, 准教授 (30325526) ; 北尾 洋之 九州大学, 薬学研究院, 教授 (30368617) ; 豊川 剛二 独立行政法人国立病院機構九州医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 呼吸器外科医師 (30627261) ; 吉野 一郎 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (40281547) ; 米満 吉和 九州大学, 薬学研究院, 教授 (40315065) ; 中島 雄一郎 九州大学, 医学研究院, 助教 (40733564) ; 杉山 雅彦 独立行政法人国立病院機構(九州がんセンター臨床研究センター), その他部局等, 消化管外科医師 (40751079) ; 本村 貴志 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (50719507) ; 池田 哲夫 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 教授 (60585701) ; 山下 奈真 九州大学, 大学病院, 助教 (60608967) ; 調 憲 群馬大学, 大学院医学系研究科, 教授 (70264025) ; 相島 慎一 佐賀大学, 医学部, 教授 (70346774) ; 武冨 紹信 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70363364) ; 沖 英次 九州大学, 大学病院, 講師 (70380392) ; 内山 秀昭 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (70380425) ; 掛地 吉弘 神戸大学, 医学研究科, 教授 (80284488) ; 佐伯 浩司 九州大学, 大学病院, 講師 (80325448) ; 吉住 朋晴 九州大学, 医学研究院, 准教授 (80363373) ; 原田 昇 九州大学, 大学病院, 講師 (80419580) ; 池上 徹 九州大学, 大学病院, 講師 (80432938) ; 岡本 龍郎 大分大学, 医学部, 准教授 (80568626) ; 伊藤 心二 九州大学, 大学病院, 助教 (90382423) ; 田川 哲三 九州大学, 大学病院, 助教 (90419557) ; 庄司 文裕 独立行政法人国立病院機構九州医療センター(臨床研究センター), その他部局等, 呼吸器外科医師 (90444851) ; 中西 良太 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (90771254) ; 工藤 健介 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 臨床教授 (90801663) ; 木村 光一 福岡歯科大学, 口腔歯学部, 臨床教授 (80755273) ; 安藤 幸滋 九州大学, 大学病院, 助教 (20608864) ; 森崎 浩一 九州大学, 大学病院, 助教 (30625801) ; 久保 信英 九州大学, 医学研究院, 共同研究員 (20811748)
• 研究期間 (年度): 2015-05-29 – 2020-03-31
• キーワード: 癌 / 外科 / 細胞・組織 / 薬剤反応性 / トランスレーショナルリサーチ

研究実績の概要

がん細胞の一部が自己複製能や多分化能という幹細胞と同様の性質を持ち、がん組織中で自己複製を繰り返しつつ、分化してがん細胞集団となることを「がん幹細胞仮説」といい、このがん幹細胞は化学療法や放射線などの治療へ抵抗性を示すとされる。本研究代表者らは、この「がん幹細胞仮説」に加え、がんの難治性に関わるメカニズム解明として『Sphere形成』に着目し、“Sphere Biology”研究を推進することで、その発生機序の解明が嘱望されていた消化器がん並びに卵巣がんの最も進行した病態かつ極めて予後不良である腹膜播種の全容を解明するに至った（Kasagi Y, et al. Cancer Res, 76:347-357, 2016）。その結果を受けてSphereをターゲットとした薬物スクリーニングのためのシステム構築を開始、従来技術と比較して極めて高精度な技術を確立した（特願2016-37519：規則的に配置された同一サイズのスフェロイド群及びその利用、PCT/JP2017/007029）。本スクリーニング系では、東大創薬機構より既知化合物ライブラリの提供を受け、およそ3000化合物からMEKに対する阻害剤PD0325901などを取得した。
また、固形腫瘍の薬剤耐性メカニズムとしてがん幹細胞株によるNicheとの相互作用に着目し、イリノテカンのストレスを受けることで多様な役割分担を獲得し、それらが相互作用することで耐性を獲得するメカニズム“Self niche仮説”の、全容解明に向けた重要な足がかりを得ると共に、臨床検体での裏付けデータを取得した。加えて、同悪性化メカニズムに着目し、Sphere内部で発現するmiRNAの役割を元に、転移・浸潤能の観点から悪性化の本態を捉えるためのデータを取得した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

①がんの難治性に関わるメカニズムとして『Sphere 形成』に着目し、「Sphere Biology」研究を推進することで、その発生機序の解明が嘱望されていた消化器がん並びに卵巣がんの最も進行した病態かつ極めて予後不良である腹膜播種の全容を解明するに至った。形成された腹膜播種結節は、その背景にsphere 形成とそれに起因する微小環境との相互作用が存在することで、各種化学療法剤に対する抵抗性が極めて高いことが明らかとなった。
②本研究の一つの基軸となるSphereをターゲットとした薬物スクリーニングのためのシステム構築を開始、従来技術と比較して極めて高精度な技術を確立し、実際の化合物を用いたスクリーニングを施行し、PD0325901やTriptolideなどの薬効を確認した。
③また、固形腫瘍の薬剤耐性メカニズムとしてがん幹細胞株によるNicheとの相互作用に着目し、イリノテカンのストレスを受けることで多様な役割分担を獲得し、それらが相互作用することで耐性を獲得するメカニズム“Self niche仮説”の、全容解明に向けた重要な足がかりを得た。加えて、同悪性化メカニズムに着目し、Sphere内部で発現するmiRNAの役割を元に、転移・浸潤能の観点から悪性化の本態を捉えるためのデータを取得した。

今後の研究の推進方策

以上の知見の詳細な検討と同時に、臨床検体を用いて、以下の研究を推進する。
①臨床検体を用い、「Sphere Biology」の観点に立ち、標準薬剤の治療抵抗性とsmall cluster formationについて検討する。具体的には、大腸癌・胃癌の臨床検体を用い、LGR5やCD44v9発現を指標とした癌幹細胞のcluster formationと標準薬剤の治療抵抗性を解析する。
②大腸癌の初期段階のLgr5+腸管幹細胞のWNTシグナルの制御機構の破綻は、cancer-initiating stem cells (CISCs)の発生やsphere形成の重要な分子機序と考えられる。これらを阻害する薬剤の標的候補として、腸内胆汁酸組成の改変を誘導するプロバイオティクス等が候補に挙げられる。本仮説の検証のために、胆汁酸と関連するFarnesoid X Receptor (FXR)シグナル及び腸内細菌叢に注目し、次世代シーケンサーによる患者糞便の16SrRNA遺伝子アンプリコン解析によって便中の腸内細菌叢の組成比を明らかにし、WNTシグナルの増強をきたす胆汁酸組成変化等の相関を検討し、新たな治療標的を提唱する。

研究成果

• [雑誌論文] Detection of trifluridine in tumors of patients with metastatic colorectal cancer treated with trifluridine/tipiracil. Cancer. (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Y, Nakanishi R, Nukatsuka M, Matsuoka K, Ando K, Wakasa T, Kitao H, Oki E, Maehara Y, Mori M.
  • 雑誌名: Chemother Pharmacol 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Alteration in faecal bile acids, gut microbial composition and diversity after laparoscopic sleeve gastrectomy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikeda T, Aida M, Yoshida Y, Matsumoto S, Tanaka M, Nakayama J, Nagao Y, Nakata R,Akahoshi T,Okano S, Nomura M, Hashizume M, and Maehara Y.
  • 雑誌名: Br J Surg 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] The balance of forces generated by kinesins controls spindle polarity and chromosomal heterogeneity in tetraploid cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Shu Sei、Iimori Makoto、Wakasa Takeshi、Ando Koji、Saeki Hiroshi、Oda Yoshinao、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 132 ページ: jcs231530
  • DOI: 10.1242/jcs.231530
  • 査読あり
• [雑誌論文] The evolution of surgical treatment for gastrointestinal cancers. (2019)
  • 著者名/発表者名: Maehara Y et al
  • 雑誌名: Int J Clin Oncol. 巻: 24 ページ: 1333-1349
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cytotoxicity of trifluridine correlates with the thymidine kinase 1 expression level (2019)
  • 著者名/発表者名: Kataoka Yuki、Iimori Makoto、Niimi Shinichiro、Tsukihara Hiroshi、Wakasa Takeshi、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko、Kitao Hiroyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44399-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] IFN-γ Promotes Epithelial-Mesenchymal Transition and the Expression of PD-L1 in Pancreatic Cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai Daisuke、Yoshizumi Tomoharu、Okano Shinji、Itoh Shinji、Ikegami Toru、Harada Noboru、Aishima Shinichi、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Journal of Surgical Research 巻: 240 ページ: 115～123
  • DOI: 10.1016/j.jss.2019.02.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Clinicopathological and Prognostic Analysis of PD-L2 Expression in Surgically Resected Primary Lung Squamous Cell Carcinoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsubara Taichi、Takada Kazuki、Azuma Koichi、Takamori Shinkichi、Toyokawa Gouji、Haro Akira、Osoegawa Atsushi、Tagawa Tetsuzo、Kawahara Akihiko、Akiba Jun、Okamoto Isamu、Nakanishi Yoichi、Oda Yoshinao、Hoshino Tomoaki、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Annals of Surgical Oncology 巻: 26 ページ: 1925～1933
  • DOI: 10.1245/s10434-019-07257-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prognostic Impact of Programmed Death-Ligand 2 Expression in Primary Lung Adenocarcinoma Patients (2019)
  • 著者名/発表者名: Takamori Shinkichi、Takada Kazuki、Azuma Koichi、Jogo Tomoko、Shimokawa Mototsugu、Toyokawa Gouji、Hirai Fumihiko、Tagawa Tetsuzo、Kawahara Akihiko、Akiba Jun、Okamoto Isamu、Nakanishi Yoichi、Oda Yoshinao、Hoshino Tomoaki、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Annals of Surgical Oncology 巻: 26 ページ: 1916～1924
  • DOI: 10.1245/s10434-019-07231-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-expression of IDO1 and PD-L1 in lung squamous cell carcinoma: Potential targets of novel combination therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Takada Kazuki、Kohashi Kenichi、Shimokawa Mototsugu、Haro Akira、Osoegawa Atsushi、Tagawa Tetsuzo、Seto Takashi、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Lung Cancer 巻: 128 ページ: 26～32
  • DOI: 10.1016/j.lungcan.2018.12.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] MDC1 methylation mediated by lysine methyltransferases EHMT1 and EHMT2 regulates active ATM accumulation flanking DNA damage sites (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Sugiko、Iimori Makoto、Chan David Virya、Hara Eiji、Kitao Hiroyuki、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41598-018-29239-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical significance of programmed cell death-ligand 1 expression and the immune microenvironment at the invasive front of colorectal cancers with high microsatellite instability (2018)
  • 著者名/発表者名: Korehisa Shotaro、Oki Eiji、Iimori Makoto、Nakaji Yu、Shimokawa Mototsugu、Saeki Hiroshi、Okano Shinji、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: International Journal of Cancer 巻: 142 ページ: 822～832
  • DOI: 10.1002/ijc.31107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Correlation between CXCR4/CXCR7/CXCL12 chemokine axis expression and prognosis in lymph-node-positive lung cancer patients (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsura Masakazu、Shoji Fumihiro、Okamoto Tatsuro、Shimamatsu Shinichiro、Hirai Fumihiko、Toyokawa Gouji、Morodomi Yosuke、Tagawa Tetsuzo、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 109 ページ: 154～165
  • DOI: 10.1111/cas.13422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Y-box binding protein YBX1 and its correlated genes as biomarkers for poor outcomes in patients with breast cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Shibata Tomohiro、Tokunaga Eriko、Hattori Satoshi、Watari Kosuke、Murakami Yuichi、Yamashita Nami、Oki Eiji、Itou Junji、Toi Masakazu、Maehara Yoshihiko、Kuwano Michihiko、Ono Mayumi
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 9 ページ: 37216～37228
  • DOI: 10.18632/oncotarget.26469
  • 査読あり
• [雑誌論文] CD44v9 is associated with epithelial-mesenchymal transition and poor outcomes in esophageal squamous cell carcinoma (2018)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi Daisuke、Saeki Hiroshi、Nakashima Yuichiro、Kudou Kensuke、Nakanishi Ryota、Kubo Nobuhide、Ando Koji、Oki Eiji、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Cancer Medicine 巻: 7 ページ: 6258～6268
  • DOI: 10.1002/cam4.1874
  • 査読あり
• [雑誌論文] Re-evaluation of HER2 status in patients with HER2-positive advanced or recurrent gastric cancer refractory to?trastuzumab (KSCC1604) (2018)
  • 著者名/発表者名: Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Kashiwada Tomomi、Arigami Takaaki、Makiyama Akitaka、Iwatsuki Masaaki、Narita Yukiya、Satake Hironaga、Matsuda Yoshiko、Sonoda Hideto、Shimokawa Mototsugu、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: European Journal of Cancer 巻: 105 ページ: 41～49
  • DOI: 10.1016/j.ejca.2018.09.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel histological examination with dynamic three-dimensional reconstruction from multiple immunohistochemically stained sections of a PD-L1-positive colon cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Korehisa Shotaro、Ikeda Tetsuo、Okano Shinji、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Oda Yoshinao、Hashizume Makoto、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Histopathology 巻: 72 ページ: 697～703
  • DOI: 10.1111/his.13400
  • 査読あり
• [雑誌論文] Indoleamine 2,3-dioxygenase 1 and programmed cell death-ligand 1 co-expression correlates with aggressive features in lung adenocarcinoma (2018)
  • 著者名/発表者名: Kozuma Yuka、Takada Kazuki、Toyokawa Gouji、Kohashi Kenichi、Shimokawa Mototsugu、Hirai Fumihiko、Tagawa Tetsuzo、Okamoto Tatsuro、Oda Yoshinao、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: European Journal of Cancer 巻: 101 ページ: 20～29
  • DOI: 10.1016/j.ejca.2018.06.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thymidine Kinase 1 Loss Confers Trifluridine Resistance without Affecting 5-Fluorouracil Metabolism and Cytotoxicity (2018)
  • 著者名/発表者名: Edahiro Keitaro、Iimori Makoto、Kobunai Takashi、Morikawa-Ichinose Tomomi、Miura Daisuke、Kataoka Yuki、Niimi Shinichiro、Wakasa Takeshi、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Kitao Hiroyuki、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Molecular Cancer Research 巻: 16 ページ: 1483～1490
  • DOI: 10.1158/1541-7786.MCR-17-0686
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epithelial Paradox: Clinical Significance of Coexpression of E-cadherin and Vimentin With?Regard to Invasion and Metastasis of Breast?Cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamashita Nami、Tokunaga Eriko、Iimori Makoto、Inoue Yuka、Tanaka Kimihiro、Kitao Hiroyuki、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Clinical Breast Cancer 巻: 18 ページ: e1003～e1009
  • DOI: 10.1016/j.clbc.2018.02.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical and Genetic Implications of Mutation Burden in Squamous Cell Carcinoma of the Lung (2018)
  • 著者名/発表者名: Okamoto T, Takada K, Sato S, Toyokawa G, Tagawa T, Shoji F, Nakanishi R, Oki E, Koike T, Nagahashi M, Ichikawa H, Shimada Y, Watanabe S, Kikuchi T, Akazawa K, Lyle S, Takabe K, Okuda S, Sugio K, Wakai T, Tsuchida M, Maehara Y.
  • 雑誌名: Annals of Surgical Oncology 巻: 25 ページ: 1564～1571
  • DOI: 10.1245/s10434-018-6401-1
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical Significance of the Wild Type p53-Induced Phosphatase 1 Expression in Invasive Breast Cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue Yuka、Yamashita Nami、Kitao Hiroyuki、Tanaka Kimihiro、Saeki Hiroshi、Oki Eiji、Oda Yoshinao、Tokunaga Eriko、Maehara Yoshihiko
  • 雑誌名: Clinical Breast Cancer 巻: 18 ページ: e643～e650
  • DOI: 10.1016/j.clbc.2017.11.008
  • 査読あり
• [学会発表] メタボリック手術前後の腸内細菌叢解析と術後腸内細菌健全化食の有用性の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池田哲夫、工藤健介、木村光一
  • 学会等名: 第74回日本消化器外科学会総会