難治性がん分子サブタイプ・パネルを構築する革新的ゲノム編集技術の開発

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K19575
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 田中 真二 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (30253420)
• 研究分担者: 島田 周 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (20609705) ; 秋山 好光 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (80262187)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• キーワード: 癌 / 多様性 / ゲノム編集 / ゲノム医療 / 免疫治療 / エキソンスキッピング / 分子サブタイプ分類 / プレシジョンメディシン

研究実績の概要

近年の癌ゲノム研究によって分子サブタイプ分類が進み、ゲノム医療・プレシジョンメディシンへの応用が期待されている。消化器癌においてもARID2変異肝癌、KDM6A/TP53変異膵癌、CDH1/RHOA変異胃癌など難治性サブタイプの存在が明らかになったが、その分子生物学的意義が不明なため治療標的の開発には至っていない。我々はゲノム編集技術を用いてARID2変異ヒト肝癌を解析し、DNA修復異常によってhypermutatorとなることを証明した(J Hepatol 2017)。本研究では、多重ゲノム編集を可能とする新規レンチウイルスベクターの開発を目的とする。癌細胞には多くの遺伝子変異が蓄積しており、多重ゲノム編集技術によって分子サブタイプの解明のみならず、同系マウスがん細胞パネルの構築が可能となり、免疫チェックポイント阻害剤との併用療法など新規治療開発へも応用できる。実臨床を目指したプレシジョンメディシン実装化のブレークスルーとなる挑戦的かつ戦略的研究課題である。
本年度は、multiplex system と LentiGuide systemの各々の長所を取り入れて、３遺伝子を標的とする新たな多重ゲノム編集ウイルス LentiGuide-multiplex systemの構築に成功した。DEPDC5(Sci Rep 2018)、DAXX(Endocr Relat Cancer 2018)、KDM6A(Int J Cancer 2019)、PRMT6(Carcinogenesis 2019)のゲノム編集解析により、分子生物学的、臨床病理学的意義を解明した。さらにイントロンの2重ゲノム編集によって、エキソンスキッピングの高効率誘導にも成功しており、計画以上の成果が得られている。現在、正常免疫マウスにおいて免疫抵抗性クローンの作製を進め、治療標的の同定と解析を加速させている。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

多重ゲノム編集には複数のsgRNAを発現するプラスミドやアデノ随伴ウイルスを用いた報告が多いが、導入効率やサイズ制限などの問題を克服するため、簡便なレンチウイルス・システムの開発が必須である。Charles Gersbachラボからmultiplex primer setsを搭載したone-vector systemが報告されたが(Nucleic Acid Res 2014)、複雑なデザインでサイズも大きく、変異導入効率が低いため 一般化されていない。一方、Feng Zhangラボが開発したLentiGuide systemは単一ゲノム編集用であるが、one-vector systemに比べて数十倍効率が高く、その簡便さから広く普及している(Nat Methods 2014)。今年度の挑戦的研究（萌芽）によって、multiplex system (Gersbach)と LentiGuide system (Zhang)の各々の長所を取り入れた、３遺伝子を標的とする新たな多重ゲノム編集ウイルス LentiGuide-multiplex systemの開発に加え、イントロンの2重ゲノム編集によってエキソンスキッピングの高効率誘導にも成功し、計画以上の成果が得られている。

今後の研究の推進方策

現在、正常免疫マウスにおいて免疫抵抗性クローンを作製し、治療標的の同定と解析へと進展している。癌は多様な遺伝子異常の多段階蓄積によって成立している。簡便かつ迅速な多重ゲノム編集技術を確立にすることができれば、分子サブタイプの多様性に応じた免疫システムの解析が可能となる。本年度の成果により、ノックアウトとエキソンスキッピングを組み合わせた分子サブタイプの再現が加速化されており、正常免疫状態における各種がんパネルの構築を進める。がん臨床において、免疫チェックポイント阻害剤の単剤効果は20-30％程度にとどまっており、分子標的治療剤などとの併用治療への期待が高まっている(Sharma & Allison. Cell 2015)。正常免疫状態における腫瘍微小環境の詳細な解析によって、各サブタイプ特異的な免疫複合療法の確立を目指している。

次年度使用額が生じた理由

当初の計画より多重ゲノム編集ウイルス作成が早く進み、試薬および解析費用の節約となった。論文投稿は順調に進んでいるが、アクセプトされた論文の一部が平成30年度末の段階でin pressであったため、論文関連費が繰り越しとなっている。

研究成果

• [国際共同研究] Brown University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Brown University
• [国際共同研究] Seoul National University/Korea Res Inst Biosci Biotech(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National University/Korea Res Inst Biosci Biotech
• [雑誌論文] The clinical implications of peripancreatic fluid collection after distal pancreatectomy. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshino J, Ban D, Ogura T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: World Journal of Surgery 巻: 43 ページ: 2069-2076
  • DOI: 10.1007/s00268-019-05009-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comprehensive molecular and immunological characterization of hepatocellular carcinoma (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimada S, Mogushi K, Akiyama Y, Furuyama T, Watanabe S, Ogura T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Kudo A, Arii S, Tanabe M, Wands JR, Tanaka S.
  • 雑誌名: EBioMedicine 巻: 40 ページ: 457～470
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2018.12.058
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Asymmetric dimethylation at histone H3 arginine 2 by PRMT6 in gastric cancer progression (2019)
  • 著者名/発表者名: Okuno K, Akiyama Y, Shimada S, Nakagawa M, Tanioka T, Inokuchi M, Yamaoka S, Kojima K, Tanaka S.
  • 雑誌名: Carcinogenesis 巻: 40 ページ: 15～26
  • DOI: 10.1093/carcin/bgy147
  • 査読あり
• [雑誌論文] A subset of diffuse-type gastric cancer is susceptible to mTOR inhibitors and checkpoint inhibitors (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukamachi H, Kim S-K, Koh J, Lee HS, Sasaki Y, Yamashita K, Nishikawaji T, Shimada S, Akiyama Y, Byeon SJ, Bae DH, Okuno K, Nakagawa M, Tanioka T, Inokuchi M, Kawachi H, Tuchiya K, Kojima K, Tokino T, Eishi Y, Kim YS, Kim WH, Yuasa Y, Tanaka S.
  • 雑誌名: Journal of Experimental & Clinical Cancer Research 巻: 38 ページ: 127
  • DOI: 10.1186/s13046-019-1121-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of KDM6A characterizes a poor prognostic subtype of human pancreatic cancer and potentiates HDAC inhibitor lethality (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S, Shimada S, Akiyama Y, Ishikawa Y, Ogura T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Kudo A, Yamaoka S, Tanabe M, Tanaka S.
  • 雑誌名: International Journal of Cancer 巻: - ページ: 192～205
  • DOI: 10.1002/ijc.32072
  • 査読あり
• [雑誌論文] Downregulated Pancreatic Beta Cell Genes Indicate Poor Prognosis in Patients With Pancreatic Neuroendocrine Neoplasms (2019)
  • 著者名/発表者名: Kudo A, Akahoshi K, Ito S, Akashi T, Shimada S, Ogura T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Tateishi U, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Annals of Surgery 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1097/SLA.0000000000002911
  • 査読あり
• [雑誌論文] Orotate phosphoribosyltransferase as a predictor of benefit from S-1 adjuvant chemotherapy for cholangiocarcinoma patients (2019)
  • 著者名/発表者名: Akahoshi K, Ban D, Kuboki R, Oba A, Ono H, Mitsunori Y, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology and Hepatology 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1111/jgh.14477
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new era for understanding genetic evolution of multistep carcinogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimada S, Tanaka S.
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s00535-019-01576-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] A simple and practical index predicting the prognoses of the patients with well-differentiated pancreatic neuroendocrine neoplasms (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu B, Kudo A, Kinowaki Y, Ogura T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Tanaka S, Akashi T, Tanabe M.
  • 雑誌名: Journal of Gastroenterology 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s00535-019-01570-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precision medicine based on surgical oncology in the era of genome-scale analysis and genome editing technology (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S.
  • 雑誌名: Annals of Gastroenterological Surgery 巻: 2 ページ: 106～115
  • DOI: 10.1002/ags3.12059
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] DEPDC5 deficiency contributes to resistance to leucine starvation via p62 accumulation in hepatocellular carcinoma (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuno Y, Shimada S, Akiyama Y, Watanabe S, Aida T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Kudo A, Arii S, Yamaoka S, Tanabe M, Tanaka S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 106
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18323-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of selective inhibitors for diffuse-type gastric cancer cells by screening of annotated compounds in preclinical models (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimada S, Akiyama Y, Mogushi K, Ishigami-Yuasa M, Kagechika H, Nagasaki H, Fukamachi H, Yuasa Y, Tanaka S.
  • 雑誌名: British Journal of Cancer 巻: 118 ページ: 972～984
  • DOI: 10.1038/s41416-018-0008-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatty Acid Binding Protein 4 (FABP4) Overexpression in Intratumoral Hepatic Stellate Cells within Hepatocellular Carcinoma with Metabolic Risk Factors (2018)
  • 著者名/発表者名: Chiyonobu N, Shimada S, Akiyama Y, Mogushi K, Itoh M, Akahoshi K, Matsumura S, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Kudo A, Arii S, Suganami S, Yamaoka S, Ogawa Y, Tanabe M, Tanaka S.
  • 雑誌名: The American Journal of Pathology 巻: 188 ページ: 1213～1224
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2018.01.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tumor suppressor functions of DAXX through histone H3.3/H3K9me3 pathway in pancreatic NETs (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda H, Akiyama Y, Shimada S, Serizawa M, Mogushi K, Matsumura S, Mitsunori Y, Aihara A, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Tanabe M, Tanaka S.
  • 雑誌名: Endocrine-Related Cancer 巻: 25 ページ: 619～631
  • DOI: 10.1530/ERC-17-0328
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sunitinib shrinks NET-G3 pancreatic neuroendocrine neoplasms (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuno Y, Kudo A, Akahoshi K, Ogura T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Akashi T, Tateishi U, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Journal of Cancer Research and Clinical Oncology 巻: 144 ページ: 1155～1163
  • DOI: 10.1007/s00432-018-2636-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rapid growth speed of cysts can predict malignant intraductal mucinous papillary neoplasms (2018)
  • 著者名/発表者名: Akahoshi K, Ono H, Akasu M, Ban D, Kudo A, Atsuko Konta A, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Journal of Surgical Research 巻: 231 ページ: 195～200
  • DOI: 10.1016/j.jss.2018.05.056
  • 査読あり
• [雑誌論文] Splenic artery as a simple landmark indicating difficulty during laparoscopic distal pancreatectomy (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Y, Ban D, Matsumura S, Watanabe S, Akahoshi K, Ono H, Mitsunori Y, Ochiai T, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Asian Journal of Endoscopic Surgery 巻: 12 ページ: 81～87
  • DOI: 10.1111/ases.12485
  • 査読あり
• [雑誌論文] Polyamine flux suppresses histone lysine demethylases and enhances ID1 expression in cancer stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Tamari K, KonnoM , Asai A, Koseki J, Hayashi K, Kawamoto K, Murai N, Matsufuji S, Isohashi F, Satoh T, Gotoh N, Tanaka S, Doki Y, Mori M, Ogawa K, Ishii H.
  • 雑誌名: Cell Death Discovery 巻: 4 ページ: 104
  • DOI: 10.1038/s41420-018-0117-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Precision medicine for HCC and pancreatic cancer (Symposium) (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinji Tanaka
  • 学会等名: The 7th International Forum of The Japanese Society of Gastroenterology Jointly with the 12th International Symposium on ALPD and Cirrhosis
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Precision immunotherapy for hypermutator and immunogenic subtypes of hepatocellular carcinoma (Workshop) (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinji Tanaka, Atsushi Oba, Shu Shimada, Yoshimitsu Akiyama, Kosuke Ogawa, Hiroaki Ono, Yusuke Mitsunori, Daisuke Ban, Atsushi Kudo, Shigeki Arii, Minoru Tanabe
  • 学会等名: 73rd General Meeting of the Japanese Society of Gastroenterological Surgery
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular target therapy for liver cancer under precision medicine (Symposium) (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinji Tanaka
  • 学会等名: 77th Annual Meeting of Japanese Cancer Association, Osaka; September 28,
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 肝臓外科からみた代謝関連肝癌の分子機序と治療戦略（シンポジウム） (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中真二
  • 学会等名: 第39回日本肥満学会
  • 招待講演
• [学会発表] 肝癌の予後不良サブタイプの同定とゲノム編集による治療戦略（ワークショップ） (2018)
  • 著者名/発表者名: 第16回日本消化器外科学会大会
  • 学会等名: 第16回日本消化器外科学会大会
• [学会発表] 代謝関連肝癌の特異的バイオマーカーおよび治療標的の同定（ワークショップ） (2018)
  • 著者名/発表者名: 第22回日本肝臓学会大会
  • 学会等名: 第22回日本肝臓学会大会
• [図書] Molecular analysis for therapeutic targets of pancreatic cancer. IN: Molecular diagnosis and targeting for thoracic and gastrointestinal malignancy. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S. (eds. Shimada Y, Yanaga K)
  • 総ページ数: 18/156
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-98110646
• [備考] 胃がんにおいてヒストン修飾の異常により悪性度を増すメカニズムを解明
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20181204_2.pdf
• [備考] 予後不良膵癌サブタイプにおけるヒストン修飾遺伝子の不活化の意義を解明
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20181218_1.pdf
• [備考] 肝細胞癌の分子生物学的・免疫学的サブタイプ分類を確立
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20190111_1.pdf
• [備考] New liver cancer subtypes revealed immunologically
  • URL: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-02/tmad-ctd020119.php
• [備考]
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/grad/monc/