新規患者組織移植モデルを用いた全般的疾患モデル構築による腫瘍幹細胞純化と創薬支援

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02840
• 研究機関: 愛媛大学
• 研究代表者: 竹中 克斗 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (30301295)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 患者組織移植モデル / 免疫不全マウス / SIRPA / マクロファージ寛容 / がん幹細胞

研究実績の概要

ヒト正常造血幹細胞のアッセイ系として開発された免疫不全マウスによる異種移植の系は、ヒト造血・免疫系の動態や制御プロセスをin vivoで評価するモデルとして頻用されている。さらに、この系はヒト疾患再現モデルとして、造血器腫瘍・固形腫瘍の幹細胞純化や病態解明、幹細胞標的治療の開発、あるいはマウス内へのヒト細胞への感染実験モデル・ワクチン開発、薬剤安全性の前臨床試験への応用が期待されている。しかし、現在の異種移植系では、マウス内のヒト造血がB細胞系に偏る、赤芽球系・巨核球系の造血がみられない、急性白血病以外の腫瘍細胞の生着効率が低い、などの問題点が挙げられる。本研究では、「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」導入により、マウス環境を改変した次世代患者組織移植モデルを開発し、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデル構築によって、腫瘍性幹細胞純化・創薬開発の支援基盤を目的としている。
我々は、すでに、B6バックグラウンドで、Rag2欠損、IL2Rｇ欠損に、骨髄ニッチオープン化のためのKit変異を導入したB6.Rag2(null)IL2Rg(null)Kit(Wv/Wv)マウスを樹立し、「骨髄ニッチのオープン化」に成功し、また、BRGSにヒトSIRPAをノックインしたBRGhSラインも樹立し、「完全マクロファージ寛容」導入も完了している。当該年度では、BRGSKとBRGhSを交配し、次世代PDXモデルの完成形であるBRGhSKの樹立とラインの拡大を行うとともに、マウスコロニーの拡大と、正常造血幹細胞の生着効率の検証を行い、極めて高いヒト造血細胞の生着が得られている。次年度では、引き続き、新規マウスラインの検証とともに、マウス内でのヒト疾患再構築と、幹細胞分画の同定を進めていく予定である。

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

本課題では、新規患者組織移植（PDX）モデルを構築し、ヒト疾患再現モデルとして、造血器腫瘍・固形腫瘍の幹細胞純化や病態解明、幹細胞標的治療の開発、あるいはマウス内へのヒト細胞への感染実験モデル・ワクチン開発、薬剤安全性の前臨床試験への応用を目指し、これまでの知見と実績をベースに全般的疾患再現モデルを構築可能なPDXモデルを開発し、腫瘍性幹細胞純化や創薬開発支援の基盤整備を行っている。我々は、異種移植寛容の原因がSirpa多型にあることを突き止め (Nat Immunol 2007)、C57/BL6バックグランドでRag2およびIl2rgを欠損したマウスに、NOD型Sirpa変異を導入した新規免疫不全マウス(BRGS)を作製し、世界最高レベルのPDX効率を持つことを報告した(Blood 2013）。我々は、BRGSに、c-KitWv変異を追加導入したBRGSKラインを樹立し、「骨髄ニッチのオープン化」によって、より高いPDX効率と、これまでのモデルでは不可能であったヒト赤芽球系・巨核球系造血再構築を得ている。また、BRGSにヒトSIRPAをノックインしたBRGhSラインも樹立しており、「完全マクロファージ寛容」導入によって、BRGSに比較して、高いPDX効率と、皮下移植した大腸癌細胞株の増殖速度の亢進が得られている。当該年度では、BRGSKとBRGhSを交配し、次世代PDXモデルの完成形であるBRGhSKの樹立し、このラインの拡大を行っている。マウスコロニーの拡大には時間を要するため、次年度も引き続き、ラインの拡大は継続するが、同時に、新規に樹立したBRGSKマウスの胚凍結による保存も行っていく。次年度では、引き続き、新規マウスラインの検証とともに、マウス内での疾患再構築と、幹細胞分画の同定を進めていく予定であり、研究計画はおおむね順調に進行している。

今後の研究の推進方策

当該年度では、BRGSKとBRGhSを交配し、次世代PDXモデルの完成形であるBRGhSKの樹立し、このラインの拡大を行ってきた。マウスコロニーの拡大には時間を要するため、次年度も引き続き、ラインの拡大は継続するが、同時に、新規に樹立したBRGSKマウスの胚凍結による保存も行っていく。次年度では、同時に、新規に樹立したBRGSKマウスの胚凍結による保存も行っていく。これまでのPDXモデルで疾患再構築が困難であった骨髄異形成症候群(MDS)、骨髄増殖性腫瘍(MPN)の検体から臨床病態の変化に伴い経時的にがん幹細胞亜分画を純化し、BRGhSKマウスを用いた機能解析を生体内で行い、各亜分画の病態進展における役割を明らかにする。さらに、MPN/MDS幹細胞の純化・同定を進め、TIM-3をマーカーに亜群を分離し、生体内がん幹細胞活性、分化能解析、遺伝子変異解析、トランスクリプトーム解析、エピゲノム解析などを行い、各亜群の機能的差異や、各クローンの階層性、連関を明らかにし、それぞれの亜群における遺伝子変異や代謝変化がクローン進化に果たす役割を明らかにし、治療標的分子の網羅的解析を行っていく。MDSと同じ骨髄不全症候群である再生不良性貧血(AA)や発作性夜間血色素尿症(PNH)などのクローン性造血についても、ヒト赤血球造血の再構築が可能な本モデルにおいて疾患再構築を行い、クローン解析を行っていく。最終的には、「完全マクロファージ寛容」「骨髄ニッチのオープン化」導入により、マウス環境を改変した次世代患者組織移植モデルを開発し、あらゆる疾患を再現可能な全般的疾患再現モデル構築によって、腫瘍性幹細胞純化・創薬開発の支援基盤構築を目指している。

研究成果

• [雑誌論文] Safe childbirth for a type 1 antithrombin-deficient woman with novel mutation in the SERPINC1 gene undergoing antithrombin concentrate therapy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikeda Y, Yamanouchi J, Hato T, Yasukawa M, Takenaka K.
  • 雑誌名: Blood Coagul Fibrinolysis 巻: 30 ページ: 47-51
  • DOI: 10.1097/MBC.0000000000000785.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dedifferentiation process driven by TGF-beta signaling enhances stem cell properties in human colorectal cancer. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakano M, Kikushige Y, Miyawaki K, Kunisaki Y, Mizuno S, Takenaka K, Tamura S, Okumura Y, Ito M, Ariyama H, Kusaba H, Nakamura M, Maeda T, Baba E, Akashi K.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: 38 ページ: 780-793
  • DOI: 10.1038/s41388-018-0480-0.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Escape hematopoiesis by HLA-B5401-lacking hematopoietic stem progenitor cells in men with acquired aplastic anemia. (2019)
  • 著者名/発表者名: Elbadry MI, Mizumaki H, Hosokawa K, Espinoza JL, Nakagawa N, Chonabayashi K, Yoshida Y, Katagiri T, Hosomichi K, Zaimoku Y, Imi T, Nguyen MAT, Fujii Y, Tajima A, Ogawa S, Takenaka K, Akashi K, Nakao S.
  • 雑誌名: Haematologica 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.3324/haematol.2018.210856
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone H3K27 Demethylase Negatively Controls the Memory Formation of Antigen-Stimulated CD8+ T Cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamada T, Nabe S, Toriyama K, Suzuki J, Inoue K, Imai Y, Shiraishi A, Takenaka K, Yasukawa M, Yamashita M.
  • 雑誌名: J Immunol 巻: 202 ページ: 1088-1098
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1801083
  • 査読あり
• [雑誌論文] E-cadherin regulates proliferation of colorectal cancer stem cells through NANOG. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamura S, Isobe T, Ariyama H, Nakano M, Kikushige Y, Takaishi S, Kusaba H, Takenaka K, Ueki T, Nakamura M, Akashi K, Baba E.
  • 雑誌名: Oncol Rep 巻: 40 ページ: 693-703
  • DOI: 10.3892/or.2018.6464
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recent advances in the diagnosis and management of primary myelofibrosis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Takenaka K, Shimoda K, Akashi K.
  • 雑誌名: Korean J Intern Med 巻: 33 ページ: 679-690
  • DOI: 10.3904/kjim.2018.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hematopoiesis by iPSC-derived hematopoietic stem cells of aplastic anemia that escape cytotoxic T-cell attack. (2018)
  • 著者名/発表者名: Espinoza JL, Elbadry MI, Chonabayashi K, Yoshida Y, Katagiri T, Harada K, Nakagawa N, Zaimoku Y, Imi T, Takamatsu H, Ozawa T, Maruyama H, Hassanein HA, Khalifa A Noreldin A, Takenaka K, Akashi K, Hamana H, Kishi H, Akatsuka Y, Nakao S.
  • 雑誌名: Blood Adv 巻: 2 ページ: 390-400
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2017013342
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reinforce the antitumor activity of CD8+ T cells via glutamine restriction. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nabe S, Yamada T, Suzuki J, Toriyama K, Yasuoka T, Kuwahara M, Shiraishi A, Takenaka K, Yasukawa M, Yamashita M.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 109 ページ: 3737-3750
  • DOI: 10.1111/cas.13827
  • 査読あり