がん幹細胞分裂様式の制御メカニズムの解明

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K15501
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 竹内 康人 金沢大学, がん進展制御研究所, 助教 (10735187)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2026-03-31
• キーワード: がん幹細胞

研究実績の概要

我々の組織内には、成体幹細胞と呼ばれる少数の細胞集団が存在する。成体幹細胞は、生涯を通じて多様な細胞子孫を生み出すことによって、組織恒常性を維持している。がん組織も同様に、がん幹細胞と呼ばれる少数の細胞集団によって維持・増殖制御されているという概念が、がん幹細胞仮説である。この説が提唱されたことにより、化学療法や放射線療法後のがん再発や、がん転移などの臨床的な観察が説明可能となり、多くの臨床家や研究者に、がん幹細胞説が受け入れられた。がん幹細胞説では、がん組織にも階層性が存在し、がん幹細胞は、その最上位の階層に存在すると考えられてきた。しかし、治療後に残存したがん幹細胞の挙動は不明であり、本研究では、がん幹細胞が再発や転移にどのように関与するのかを明らかにする。本研究では、乳がん幹細胞として独自に同定したニューロピリン1（NP1）細胞を標的とする。NP1細胞集団は、腫瘍形成能（tumor-initiating ability）の高い細胞集団として同定された。実際、NP1細胞をスフェア培養すると、NP1low細胞集団と比較して、NP1high細胞集団ではより多くのスフェア形成が観察された。さらに、NP1のリガンドであるセマフォリン（Sema3B）が結合すると、細胞質ドメインであるMICALが活性化され、CRMP2/Numbを介して、細胞の対称性分裂が誘導されることが分かった。すなわち、Sema3B/NP1のシグナル経路の活性化は、対称性分裂を誘導し、結果として腫瘍形成能の高い細胞数が増加することによって、腫瘍形成能の亢進・維持が誘導されることが示唆された。

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

NP1high細胞集団を同定するために、NRP1遺伝子座にGFPをノックインした乳がん細胞（レポーター細胞）を作成した。がん幹細胞の対称性分裂が生じることを明らかにした。幹細胞の分裂様式は2通りある。1つの幹細胞から2つの幹細胞が生じる分裂パターンと、1つの幹細胞から1つの娘細胞と1つの幹細胞が生じる分裂パターンである。前者は対称性分裂と呼ばれ、後者は非対称性分裂と呼ばれている。2つの分裂様式における重要な違いは、対称性分裂では、幹細胞の数が2倍となるが、非対称性分裂では、幹細胞数は変わらない点である。腫瘍形成能の高い細胞が増えることによって、腫瘍組織の増殖が維持されていると考えられる。まず、ニューロピリン１の発現に伴ってGFPを発現する乳がん細胞（MM231細胞）をCRISPR/Cas9によって導入し樹立した。これによりがん幹細胞をイメージングにより経時的に追跡することが可能となる。この細胞を用いて、スフェア培養におけるタイムラプス撮影を行なった。その結果、対称性分裂と非対称性分裂を捉えることに成功した。今後は、患者由来細胞（Patient-derived cell: PDC）で同様のレポーター細胞を作成する予定である。

今後の研究の推進方策

乳がん細胞株と比較して、患者由来細胞（Patient-derived cell: PDC）はより我々の生体内で形成される乳がんの性質に近いと考えられている。PDCを免疫不全マウスに移植することにより患者由来がん組織（Patient-derived xenograft）を作成することも可能である。PDXの病理組織像は、患者乳がんの組織像と同様であることが報告されており、PDXマウスモデルを構築することで、実際のヒト体内での増殖や転移過程を捉えることが期待できる。また、現在はがん細胞の単独培養を用いているが、実際の生体内のがん組織は周囲の間質細胞（脂肪細胞・線維芽細胞）や免疫細胞が存在している。今後は、これらの異なる種類の細胞との共培養オルガノイドシステムの構築も目指したい。

研究成果

• [雑誌論文] MCM10 compensates for Myc-induced DNA replication stress in breast cancer stem-like cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: 3.T. Murayama†, Y. Takeuchi†, K. Yamawaki, T. Natsume, R. Chaverra, T. Nishimura, Y. Kogure, A. Nakata, K. Tominaga, A. Sasahara, M. Yano, S. Ishikawa, T. Ohta, K. Ikeda, K. Horie-Inoue, S. Inoue, M. Seki, Y. Suzuki, S. Sugano, T. Enomoto, M. Tanabe, K. Tada, M. Kanemaki, K. Okamoto, A. Tojo, N. Gotoh.
  • 雑誌名: Cancer Science. 巻: 112 ページ: 1209-1224
  • DOI: 10.1111/cas.14776
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] MUSASHI-2 confers resistance to third-generation EGFR-tyrosine kinase inhibitor osimertinib in lung adenocarcinoma. (2021)
  • 著者名/発表者名: 2.R. Yiming†, Y. Takeuchi†, T. Nishimura, M. Li, Y. Wang, M. Meguro-Horike, T. Kohno, S. Horike, A. Nakata, N. Gotoh.
  • 雑誌名: Cancer Science. 巻: 112 ページ: 3810-3821
  • DOI: 10.1111/cas.15036.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The membrane-linked adaptor FRS2b fashions a cytokine-rich inflammatory microenvironment that promotes breast cancer carcinogenesis. (2021)
  • 著者名/発表者名: 1.Y. Takeuchi†, N. Kimura†, T. Murayama†, Y. Machida, D. Iejima, T. Nishimura, M. Terashima, Y. Wang, M. Li, R. Sakamoto, M. Yamamoto, N. Itano, Y. Inoue, M. Ito, N. Yoshida, J. Inoue, K. Akashi, H. Saya, K. Fujita, M. Kuroda, I. Kitabayashi, D. Voon, T. Suzuki, A. Tojo and N. Gotoh.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA. 巻: 118 ページ: e2103658118
  • DOI: 10.1073/pnas.2103658118.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 細胞質アダプタータンパクFRS2bは、乳がん形成を促進する炎症性サイトカインリッチ環境を形成する. (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内康人、後藤典子
  • 学会等名: 2021患者由来がんモデル講演会
• [学会発表] The membrane-linked adaptor FRS2b fashions a cytokine-rich inflammatory microenvironment that promotes breast cancer carcinogenesis. (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内康人、後藤典子
  • 学会等名: 第18回幹細胞シンポジウム
• [学会発表] MUSASHI-2 RNA結合タンパク質は肺腺がんのEGFR阻害剤オシメルチニブ耐性を賦与する. (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内康人、後藤典子
  • 学会等名: 第25回日本がん分子標的治療学会学術集会
• [学会発表] がん関連線維芽細胞由来の液性因子は乳がん幹細胞様細胞の維持に寄与する. (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内康人、村山貴彦、西村建徳、矢野正雄、笹原麻子、田辺真彦、石川聡子、太田哲生、多田敬一郎、池田和博、井上聡、堀江公仁子、岡本康司、東條有伸、後藤典子
  • 学会等名: 2021先端動物支援プラットフォーム
• [学会発表] 細胞質アダプタータンパクFRS2bは、乳がん形成を促進する炎症性サイトカインリッチ環境を形成する. (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹内康人、木村奈津子、村山貴彦、町田雪乃、家島大輔、西村建徳、王禹銘、坂本理恵子、山本瑞生、板野直樹、井上優介、伊藤正孝、吉田進昭、井上純一郎、赤司浩一、佐谷秀行、藤田浩司、黒田雅彦、北林一生、東條有伸、後藤典子
  • 学会等名: 第80回日本癌学会