軟骨腫瘍形成過程における変異IDHの時空間的作用の全貌解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02929
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 戸口田 淳也 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (40273502)
• 研究分担者: 吉富 啓之 京都大学, 医学研究科, 准教授 (50402920) ; 金 永輝 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 助教 (90620344)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 軟骨肉腫 / IDH遺伝子 / iPS細胞

研究実績の概要

軟骨形成腫瘍のドライバーである変異IDH遺伝子の腫瘍形成における役割をヒトiPS細胞を用いた解析により明かにすることを目標とした。まずAAVS1遺伝子座に変異IDH1を導入し、長期間安定してドキシサイクリンにより発現を誘導できるiPS細胞を樹立した。次に細胞から中胚葉を経由した分化誘導法により間葉系間質細胞(Mesenchymal stromal cell、MSC)を誘導し(IDH1-iMSC)、変異IDH1遺伝子の発現をON/OFFする実験により、変異IDHによりSA-beta-gal陽性細胞が増加し増殖が抑制され、やがて停止した。変異IDH1を誘導することで活性酸素種(Reactive Oxygen Species、ROS)の産生が増加し、それに伴いDNA修復機構が作動し、p16遺伝子の発現が亢進することで細胞老化が誘導されるもることが判明し、変異IDHの阻害剤あるいはDNA修復機構の阻害剤により細胞老化は阻害されることから、変異IDHによってOncogene-Induced Senescence (OIS)が誘導されることを明らかした。また長期培養におけるDNAメチル化の変化を解析した結果、変異IDHを誘導することでDNAメチル化が亢進することが判明した。一方、細胞を低酸素環境で培養することで、変異IDHによる老化誘導は阻害され、細胞はOISを回避し増殖を継続した。
これらの研究結果を総合的に検討すると、常酸素環境下では変異IDHによってROSが増加し、DNA修復機構が作動することでp16の発現が亢進して、細胞は細胞老化に至る。一方、軟骨性腫瘍の発生母地である骨髄内のような低酸素下ではp16が亢進しないためDNA損傷をもったまま細胞が増殖を続けることで癌化へと進むという機構を想定する結果が得られた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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2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] Culture substrate-associated YAP inactivation underlies chondrogenic differentiation of human induced pluripotent stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamashita A, Yoshitomi H, Kihara S, Toguchida J, Tsumaki N
  • 雑誌名: Stem Cells Transl Med 巻: 10 ページ: 115-127
  • DOI: 10.1002/sctm.20-0058
  • 査読あり
• [雑誌論文] Differentiation of hypertrophic chondrocytes from human iPSCs for the in vitro modeling of chondrodysplasias (2021)
  • 著者名/発表者名: Pretemer Y, Kawai S, Nagata S, Nishio M, Watanabe M, Tamaki S, Alev C, Yamanaka Y, Xue JY, Wang Z, Fukiage K, Tsukanaka M, Futami T, Ikegawa S, Toguchida J
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 16 ページ: 610-625
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2021.01.014
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recapitulating the human segmentation clock with pluripotent stem cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda M, Yamanaka Y, Uemura M, Osawa M, Saito MK, Nagahashi A, Nishio M, Guo L, Ikegawa S, Sakurai S, Kihara S, Maurissen TL, Nakamura M, Matsumoto T, Yoshitomi H, Ikeya M, Kawakami N, Yamamoto T, Woltjen K, Ebisuya M, Toguchida J, Alev C
  • 雑誌名: Nature 巻: 580 ページ: 124-129
  • DOI: 10.1038/s41586-020-2144-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prophylactic treatment of rapamycin ameliorates naturally developing and episode -induced heterotopic ossification in mice expressing human mutant ACVR1 (2020)
  • 著者名/発表者名: Maekawa H, Kawai S, Nishio M, Nagata S, Jin Y, Yoshitomi H, Matsuda S, Toguchida J
  • 雑誌名: Orphanet J Rare Dis 巻: 15 ページ: 122
  • DOI: 10.1186/s13023-020-01406-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Species-s segmentation clock periods are due to differential biochemical reaction speeds (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda M, Hayashi H, Garcia-Ojalvo J, Yoshioka-Kobayashi K, Kageyama R, Yamanaka Y, Ikeya M, Toguchida J, Alev C, Ebisuya M
  • 雑誌名: Science 巻: 369 ページ: 1450-1455
  • DOI: 10.1126/science.aba7668
  • 査読あり
• [学会発表] 脱分化型軟骨肉腫の臨床像と治療成績 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岡本健、野口貴志、坂本昭夫、松田秀一、戸口田淳也
  • 学会等名: 第53回日本整形外科学会骨・軟部腫瘍学術集会
• [学会発表] Application of pluripotent stem cells for in vitro sarcomagenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tamaki S, Nagata S, Jin Y, Yoshitomi H, Toguchida J
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 変異型IDH1は通常酸素下において癌遺伝子誘導性細胞老化を引き起こす (2020)
  • 著者名/発表者名: 鎌倉武史、金永輝、玉置さくら、渡辺真、岡本健、吉富啓之、戸口田淳
  • 学会等名: 第79回日本癌学会学術総会
• [学会発表] EWS/ATF1融合遺伝子は細胞種特異的エンハンサーに結合して明細胞肉腫を発生させる (2020)
  • 著者名/発表者名: 河村真吾、伊藤謙治、大野貴敏、清水克時、Knut Woltjen、小沢学、戸口田淳也、山本拓也、秋山治彦、山田泰広
  • 学会等名: 第35回日本整形外科学会基礎学術集会
• [学会発表] 変異型IDH1は通常酸素下において癌遺伝子誘導性細胞老化を引き起こす (2020)
  • 著者名/発表者名: 鎌倉 武史、金永輝、玉置さくら、渡辺真、岡本健、吉富啓之、戸口田淳也
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会