脳腫瘍と脳内微小環境のコミュニケーションを解明するコネクトミクス解析基盤の創出

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H00459
• 研究機関: 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター
• 研究代表者: 川内 大輔 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 病態生化学研究部, 室長 (10400996)
• 研究分担者: 丸山 玲緒 公益財団法人がん研究会, がん研究所 がんエピゲノムプロジェクト, プロジェクトリーダー (60607985) ; 上阪 直史 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (70597624) ; 岩崎 真樹 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 病院, 部長 (00420018)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 脳腫瘍 / 膠芽腫 / ニューロン / てんかん / DREADD / 髄芽腫 / 神経膠腫

研究実績の概要

本研究では脳腫瘍とそれを取り巻く脳細胞、特にニューロンとの相互作用を明らかにし、腫瘍進展における影響を解明することを目的する。特に代表者が開発してきたヒト脳腫瘍を再現するモデルとして、BRAF活性型神経膠腫と膠芽腫、髄芽腫を用いる。腫瘍とニューロンの相互作用を解析するため、患者由来腫瘍移植(PDX)モデルと弱毒性狂犬病ウイルスを組み合わせた経シナプス性逆行標識システムにより、これまで報告されている膠芽腫への興奮性入力に加え、新規の細胞の相互作用が同定された。さらにDREADDを基盤とした化学遺伝学により、新規に同定された神経細胞をin vivoで人為的に活動されることにより、腫瘍増殖の変化が観察されたことから、神経伝達物質の種類に依存した腫瘍増殖の制御機構が明らかになった。一方で髄芽腫では膠芽腫異なる細胞の相互作用が観察され、腫瘍とニューロンの相互作用は脳の領域依存的であり、脳内微小環境に応じた異なる増殖メカニズムの存在が予想される。これらの脳腫瘍に関してもPDXモデルを駆使して、増殖メカニズムに関して膠芽腫モデルとの比較を行った結果、神経伝達物質の種類に依存した腫瘍増殖の増加が観察された。
一方で、BRAF活性型神経膠腫に関しては子宮内電気穿孔法でマウス大脳皮質にCreを導入することでBRAFV600E変異タンパク質を誘導したところ、生後4ヶ月までに腫瘍と見られる形態が大脳に観察され、脳波測定によりてんかん様の神経活動が顕著に観察された。このように、てんかん誘発モデルの樹立に成功し、来年度以降に相互作用する神経細胞を同定する予定である。

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

当初予定していた一細胞オミクス解析に従事する情報生物学研究者の来日が遅れたものの、モデル開発と化学遺伝学を用いた共同研究が順調に進んでいる。さらに予定以上の新しい脳腫瘍モデルの開発に成功しており、脳腫瘍の種類の違いによる増殖シグナルの相違点・共通点を解析可能な環境を整えることができた。

今後の研究の推進方策

相互作用を網羅的に解析する一細胞オミクス技術と弱毒性狂犬病ウイルスを組み合わせ、開発した脳腫瘍マウスモデルに適用する。さらに、空間的トランスクリプトミクスにより、神経細胞とがんが相互作用している領域とそうでない部位での違いを解析することで、より正確な結論を得る研究を推進する。

研究成果

• [国際共同研究] キュリー研究所(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: キュリー研究所
• [国際共同研究] ハイデルベルグ大学/ドイツがん研究センター(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハイデルベルグ大学/ドイツがん研究センター
• [国際共同研究] UCSD(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: UCSD
• [雑誌論文] Compartments in medulloblastoma with extensive nodularity are connected through differentiation along the granular precursor lineage (2024)
  • 著者名/発表者名: Ghasemi David R. et al.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 ページ: -
  • DOI: 10.1038/s41467-023-44117-x
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ligand Installation to Polymeric Micelles for Pediatric Brain Tumor Targeting (2023)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Takayoshi、Mizuno Hayato Laurence、Norimatsu Jumpei、Obara Takumi、Cabral Horacio、Tsumoto Kouhei、Nakakido Makoto、Kawauchi Daisuke、Anraku Yasutaka
  • 雑誌名: Polymers 巻: 15 ページ: 1808～1808
  • DOI: 10.3390/polym15071808
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mapping pediatric brain tumors to their origins in the developing cerebellum (2023)
  • 著者名/発表者名: Okonechnikov Konstantin et al.
  • 雑誌名: Neuro-Oncology 巻: 25 ページ: 1895～1909
  • DOI: 10.1093/neuonc/noad124
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 小児脳腫瘍における融合遺伝子の発がん制御 (2023)
  • 著者名/発表者名: 川内 大輔
  • 雑誌名: 生化学 巻: 95 ページ: 807～811
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2023.950807
• [雑誌論文] Primary cilia control translation and the cell cycle in medulloblastoma (2022)
  • 著者名/発表者名: Youn Yong Ha、Hou Shirui、Wu Chang-Chih、Kawauchi Daisuke、Orr Brent A.、Robinson Giles W.、Finkelstein David、Taketo Makoto M.、Gilbertson Richard J.、Roussel Martine F.、Han Young-Goo
  • 雑誌名: Genes & Development 巻: 36 ページ: 737～751
  • DOI: 10.1101/gad.349596.122
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Sonic Hedgehog Signaling in Cerebellar Development and Cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: Wang Wanchen、Shiraishi Ryo、Kawauchi Daisuke
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 10 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.864035
  • オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Dynamic chromatin alteration causes oncogenic hijacking by NFIA/B during medulloblastoma tumorigenesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryo Shiraishi, Gabriele Cancila, Kohei Kumegawa, Reo Maruyama, Olivier Ayrault, Daisuke Kawauchi
  • 学会等名: 第82回日本癌学会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic chromatin alteration induces oncogenic hijacking by essential transcriptional factors during SHH medulloblastoma tumorigenesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryo Shiraishi, Gabriele Cancila, Kohei Kumegawa, Patricia Benites Goncalves da Silva, Owen Chapman, Wang Wanchen, Maki Jami, Mikio Hoshino, Stefan M. Pfister, Lukas Chavez, Reo Maruyama, Olivier Ayrault, Daisuke Kawauchi
  • 学会等名: 第20回国際小児脳腫瘍学会
  • 国際学会
• [学会発表] EVALUATION OF CAR-T CELLS TARGETING CD276 IN MEDULLOBLASTOMA (2022)
  • 著者名/発表者名: Patricia Benites Goncalves da Silva, Laura Sieber, Norman Mack, Daniel Atar, Lena M. Kutscher, Patrick Schlegel, Martin Ebinger, Daisuke Kawauchi, Christian Seitz, Stefan M. Pfister
  • 学会等名: 第20回国際小児脳腫瘍学会
  • 国際学会
• [学会発表] ARRAY-BASED GLOBAL DNA METHYLATION PROFILING OF MOUSE BRAIN TUMORS ALLOWS COMPARISON TO HUMAN TUMORS (2022)
  • 著者名/発表者名: Melanie Schoof, Michael Spohn, Mario Dorostkar, et al.
  • 学会等名: 第20回国際小児脳腫瘍学会
  • 国際学会
• [学会発表] A NOVEL CRE-CONDITIONAL CMYC-DRIVEN MB GROUP 3 TRANSGENIC MOUSE MODEL SHOWS TRACEABLE LEPTOMENINGEAL DISSEMINATION. (2022)
  • 著者名/発表者名: Alaide Morcavallo, Karen Barker, Colin Kwok, Jessica KR Boult, Patricia Benites Goncalves da Silva, Konstantin Okonechnikov, Marc Zuckermann, Chiara Gorrini, Thomas S Jacques, Simon P Robinson, Steven C Clifford, William A Weiss, Stefan M Pfister, Daisuke Kawauchi, Louis Chesler
  • 学会等名: 第20回国際小児脳腫瘍学会
  • 国際学会
• [学会発表] DNA METHYLATION-BASED BIOBANK OF MURINE MODELS FOR PEDIATRIC TUMORS (2022)
  • 著者名/発表者名: Tuyu Zheng, Martin Sill, Roland Imle, Ryo Shiraishi, Wanchen Wang, Alaide Morcavallo, Louis Chesler, Daisuke Kawauchi, Olivier Ayrault, Lutsik Pavlo, Stefan M. Pfister, Lena M. Kutscher, Ana Banito, David W. Jones12, Kristian W. Pajtler, Marc Zuckermann
  • 学会等名: 第20回国際小児脳腫瘍学会
  • 国際学会
• [学会発表] Raising the Understanding of Stemness, Plasticity and Hierarchy in CNS Malignancies Cancer stem cells in ependymoma: role of YAP1 and TEAD (2022)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kawauchi
  • 学会等名: 第6回世界連邦脳腫瘍学会
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Discovery and Understanding of Oncogenic Signaling for Pediatric Brain Tumors via Understanding of Human Cancer genomes (2022)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kawauchi
  • 学会等名: 第9回日米オンコロジーカンファレンス
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] 神経膠腫治療剤、および神経膠腫細胞の増殖抑制方法 (2024)
  • 発明者名: 上阪直史, 川内大輔, 金村米博
  • 権利者名: 上阪直史, 川内大輔, 金村米博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2024- 70495
• [産業財産権] 抗腫瘍剤、抗腫瘍剤のスクリーニング方法、および予後検査薬 (2023)
  • 発明者名: 稲垣直之, 馬場健太郎, 川内大輔, 他
  • 権利者名: 稲垣直之, 馬場健太郎, 川内大輔, 他
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2023-186968