難治性がん多様性メカニズムの解明に基づく先端的治療開発

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H01055
• 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) ; 森 正樹 九州大学, 医学研究院, 教授 (70190999) ; 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) ; 新部 彩乃 (樺嶋) 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (20445448)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 多様性 / サブタイプ / がん幹細胞 / ゲノム医療 / 免疫治療 / ゲノム編集 / オルガノイド / 免疫抵抗性獲得

研究実績の概要

難治性消化器癌のサブタイプ多様性とがん幹細胞多様性の解明に基づく先端的治療開発を目的として、(１)難治性がんサブタイプの多重ゲノム編集解析と治療開発、(２)がん幹細胞の生体内治療抵抗性因子を標的とした治療開発の二課題で構成する。先端的治療開発に加え、多施設臨床検体データを用いて前向き検証するシステムを備えている。がん多様性解明と臨床検体検証を基盤として、難治性消化器癌治療へ展開する実践的課題である。
本研究により開発した多重ゲノム編集技術を用いてβ-catenin exon 3スキッピングを導入し、フレームシフトによる恒常活性型β-catenin変異肝癌細胞株をヒトおよびマウスでそれぞれ作成した。その結果、GSK-3βリン酸化部位欠損β-catenin蛋白の核内移行およびLGR5, RNF43, AXIN2などの遺伝子発現亢進を認めた。β-catenin変異肝癌細胞を用いた同系統マウス移植腫瘍モデルではCD3, CD8 T細胞の腫瘍内浸潤が低下し、オルガノイド免疫モデルではＴ細胞による殺細胞効果の抑制を認めた。ヒトおよびマウスβ-catenin変異肝癌細胞で共通して抑制さされるサイトカインを見出し、β-catenin変異肝癌の臨床検体でも発現低下することを確認した(Akasu, Tanaka, et al. manuscript under revision)。さらに、癌幹細胞性サブタイプの候補遺伝子をin vivo免疫応答下網羅的CRISPRスクリーニング法によって抽出した結果、造腫瘍性だけではなく免疫抵抗性の獲得に必要な特異的遺伝子が存在することが明らかとなった。この新しい知見に基づいて、正常免疫下でも高度な造腫瘍性を呈する免疫抵抗性肝癌株、スキルス胃癌株の作成に成功した。現在、免疫チェックポイント阻害剤と併用する標的分子の同定によって新規複合免疫療法の開発を進めている。

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

本研究で開発した高効率ゲノム編集技術の応用により、２つの研究課題が同時に進められている。
１つは肝癌、胆管癌、膵癌、胃癌等の予後不良サブタイプを多重ゲノム編集およびRNA編集によってヒトおよびマウスで再現し、免疫応答モデルによる腫瘍免疫状態と分子相互作用を詳細に解析することが可能となったことである（研究課題Ⅰ）。現在、CasRx/Cas13dを用いたRNA編集を用いて癌遺伝子変異を特異的にノックダウンするシステムを構築し、変異を正常化して腫瘍免疫の変化を解析している。免疫応答モデルでは同系統マウス移植腫瘍によるin vivo解析に加えて、多重ゲノム編集・RNA編集細胞を用いたオルガノイドを作成し、同系統免疫細胞との相互作用をin vitro解析する手法を開発した。オルガノイド免疫モデルにより、サイトカインのみならず代謝系の腫瘍免疫作用の解明を進めている。
もう１つは、高効率ゲノム編集ライブラリー・システムを構築したことである（研究課題Ⅱ）。その結果、正常免疫下におけるin vivo網羅的CRISPRスクリーニング法の開発によって、造腫瘍性獲得に必要な変異とは異なる免疫抵抗性獲得に必要な変異が特異的に存在することを見出し、新たな癌化メカニズムを明らかにしている。現在、免疫応答下の高脂肪食負荷モデルを用いたin vivo網羅的CRISPRスクリーニング法により、NASH肝癌において造腫瘍性および免疫抵抗性を亢進させる新たな遺伝子群のスクリーニングに成功している。最近、NASH肝癌が免疫チェックポイント阻害剤に抵抗性を示すことが報告されており(Pfister et al. Nature 2021)、そのメカニズム解明が急務となっている。本研究による新規システムで同定したNASH肝癌遺伝子群の解析によって、免疫抵抗性機序を明らかにする方針であり、当初の計画以上に進展している。

今後の研究の推進方策

本研究で開発した高効率ゲノム編集技術の応用により、２つの研究課題をさらに推進する。
研究課題Ⅰでは多重ゲノム編集により作成した免疫抵抗性肝癌株、スキルス胃癌株、転移性膵癌に加えて、CasRx/Cas13d- RNA編集により癌遺伝子正常化を導入した肝癌を解析する。同系統マウス移植腫瘍モデルによるin vivo解析とオルガノイド免疫モデルによるin vitro解析を進める。オルガノイド免疫モデルを用いて、サイトカイン、アミノ酸や脂肪代謝による腫瘍免疫作用の変化を明らかにして、新規治療を開発する。難治性がん特異的CAR-T療法の開発を始めており、分子標的治療と免疫治療を併用した新たな複合免疫療法の開発を推進する。
研究課題Ⅱではin vivo網羅的CRISPRスクリーニング法によって、正常免疫下でも高度な造腫瘍性を呈する免疫抵抗性肝癌株、スキルス胃癌株の作成に成功しており、免疫チェックポイント阻害剤と併用する標的分子の同定によって、新規複合免疫療法の開発を進める。さらに、NASH肝癌において造腫瘍性および免疫抵抗性を亢進させる新たな遺伝子群のスクリーニングに成功しており、NASH肝癌が免疫チェックポイント阻害剤に抵抗性を示すメカニズムを解明し、近年増加しているNASH肝癌に対する新たな治療開発を推進する。

研究成果

• [国際共同研究] Brown University/MD Anderson Cancer Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Brown University/MD Anderson Cancer Center
• [国際共同研究] Institut Cochin INSERM(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Cochin INSERM
• [国際共同研究] Seoul ASAN Medical Center/Seoul National University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul ASAN Medical Center/Seoul National University
• [国際共同研究] Peking University(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Peking University
• [雑誌論文] Surgery after sunitinib administration to improve survival of patients with advanced pancreatic neuroendocrine neoplasms (2021)
  • 著者名/発表者名: Murase Y, Kudo A, Akahoshi K, Maekawa A, Ishikawa Y, Ueda H, Ogawa K, Ono H, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Annals of Gastroenterological Surgery 巻: 5 ページ: 692-700
  • DOI: 10.1002/ags3.12458
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prediction of early recurrence of pancreatic ductal adenocarcinoma after resection (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugawara T, Ban D, Nishino J, Watanabe S, Ishikawa Y, Akahoshi K, Ogawa K, Ono H, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 16 ページ: e0249885
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0249885
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular and immunological paradigms of hepatocellular carcinoma: Special reference to therapeutic approaches (2021)
  • 著者名/発表者名: Kabashima A, Shimada S, Shimokawa M, Akiyama Y, Tanaka S.
  • 雑誌名: Journal of Hepato-Biliary-Pancreatic Sciences 巻: 28 ページ: 62～75
  • DOI: 10.1002/jhbp.874
  • 査読あり
• [雑誌論文] Islet cell dedifferentiation is a pathologic mechanism of long-standing progression of type 2 diabetes (2021)
  • 著者名/発表者名: Amo-Shiinoki K, Tanabe K, Hoshii Y, Matsui H, Harano R, Fukuda T, Takeuchi T, Bouchi R, Takagi T, Hatanaka M, Okuya S, Nishimura W, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M, Yamada T, Ogawa Y, Ikeda E, Nagano H, Tanizawa Y.
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 6 ページ: 143791
  • DOI: 10.1172/jci.insight.143791
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Importance of Intestinal Environment and Cellular Plasticity of Islets in the Development of Postpancreatectomy Diabetes (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukuda T, Bouchi R, Takeuchi T, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M, Akashi T, Hirayama K, Odamaki T, Igarashi M, Kimura I, Amo-Shiinoki K, Tanabe K, Tanizawa Y, Yamada T, Ogawa Y.
  • 雑誌名: Diabetes Care 巻: 44 ページ: 1002～1011
  • DOI: 10.2337/dc20-0864
  • 査読あり
• [雑誌論文] Curative surgery and Ki-67 value rather than tumor differentiation predict the survival of patients with high-grade neuroendocrine neoplasms (2021)
  • 著者名/発表者名: Asano D, Kudo A, Akahoshi K, Ogawa K, Ono H, Ban D, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Annals of Surgery, in press 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1097/SLA.000000000000449
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laparoscopic distal pancreatectomy in a patient with aberrant splenic artery originating from the superior mesenteric artery (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishida H, Ishikawa Y, Akahoshi K, Ueda H, Morimoto K, Yamashita H, Ogawa K, Ono H, Kudo A, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Medicine, in press 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hormonal tumor mapping for liver metastases of gastroenteropancreatic neuroendocrine neoplasms: a novel therapeutic strategy. Journal of Cancer Research and Clinical Oncology, in press (2021)
  • 著者名/発表者名: Maekawa A, Kudo A, Kishino Mitsuhiro, Murase Y, Watanabe S, Ishikawa Y, Ueda Hiroki, Akahoshi K, Ogawa K, Ono H, Tanaka S, Kinowaki Y, Tanabe M.
  • 雑誌名: Journal of Cancer Research and Clinical Oncology, in press 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1007/s00432-021-03650-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] A novel classification of portal venous tumor invasion to predict residual tumor status after surgery in patients with pancreatic neuroendocrine neoplasms. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato T, Kudo A, Ishikawa Y, Watanabe S, Akahoshi K, Ogawa K, Ono H, Ban D, Tanaka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: Journal of Cancer Research and Clinical Oncology in press 巻: - ページ: -
  • 査読あり
• [雑誌論文] C646 inhibits G2/M cell cycle-related proteins and potentiates anti-tumor effects in pancreatic cancer. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ono H, Kato T, Murase Y, Nakamura Y, Ishikawa Y, Watanabe S, Akahoshi K, Ogura T, Ogawa K, Daisuke Ban, Kudo A, Akiyama Y, Tanaka S, Ito H, Tanabe M.
  • 雑誌名: Scientific Reports, in press 巻: - ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Loss of ARID1A induces a stemness gene ALDH1A1 expression with histone acetylation in the malignant subtype of cholangiocarcinoma (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshino J, Akiyama Y, Shimada S, Ogura T, Ogawa K, Ono H, Mitsunori Y, Ban D, Kudo A, Yamaoka S, Tanabe M, Tanaka S
  • 雑誌名: Carcinogenesis 巻: 41 ページ: 734～742
  • DOI: 10.1093/carcin/bgz179
  • 査読あり
• [学会発表] ゲノム医療・ゲノム編集時代における癌研究と治療展開（シンポジウム：基調講演） (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中真二
  • 学会等名: 第56回日本肝臓学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム医療・ゲノム編集時代における難治性消化器がんの治療戦略（統合プログラム） (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中真二、絹笠祐介、田邉稔
  • 学会等名: 第18回日本消化器外科学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム医療・ゲノム編集時代における複合免疫治療の開発と外科臨床研究の重要性（ワークショップ） (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中真二、吉野潤、奥野圭佑、赤須雅文、金本栄美、渡辺秀一、伴大輔、工藤篤、絹笠祐介、田邉稔
  • 学会等名: 第75回日本消化器外科学会総会
• [備考] 第23回日本肝がん分子標的治療研究会（主催：オンライン）
  • URL: https://site2.convention.co.jp/kangan23/
• [備考] 分子腫瘍医学研究室ホームページ
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/grad/monc/