腸上皮幹細胞の胎児化による大腸癌発生機構の解明

2023 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K06874
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 今城 正道 北海道大学, 化学反応創成研究拠点, 特任准教授 (00633934)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 腸上皮細胞 / 胎児化 / 合成ハイドロゲル / 大腸癌

研究実績の概要

腸上皮は人体で最も細胞の新陳代謝が速い組織であり、幹細胞からの組織更新により絶えず細胞が置き換えられている。この活発な組織更新を反映して腸上皮は癌化しやすく、大腸癌の罹患率は全ての癌のなかでも上位を占めている。近年、腸上皮の高い再生能を支え、大腸癌の発生にも関わるメカニズムとして、腸上皮細胞の胎児化が注目されている。本研究では、申請者が独自に開発した合成ハイドロゲルによる腸上皮細胞の胎児化誘導法を用いて、腸上皮細胞胎児化のメカニズムと大腸癌における意義を解明することを目的としている。
昨年度までの研究で、胎児化の誘導に用いるハイドロゲルの最適化が終了し、胎児化誘導に関わる因子としてYAPを同定した。本年度の研究では、胎児化の分子機構をさらに詳細に解析した。その結果、ハイドロゲルへの接着を担うFocal adhesionを介して、FAKやSRCが強く活性化され、この活性化したSRCがYAPをリン酸化し、活性化することが示された。この機構は正常な腸上皮細胞と大腸癌細胞の両方で働いており、その阻害により大腸癌細胞の抗がん剤への感受性が上昇した。また、胎児化誘導後の細胞の解析から、胎児化によりEGF等の増殖因子への依存性が低下することが示された。以上の結果から、腸細胞の胎児化を誘導するメカニズムの一端が明らかとなり、また胎児化が大腸癌細胞における増殖因子依存性の変化や抗癌剤への耐性に寄与してい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

上記のように、本年度までの研究でハイドロゲルによる正常な腸上皮細胞および大腸癌細胞の胎児化誘導法が確立され、それを用いて胎児化の誘導に関わる因子としてSRC-YAP経路を同定した。また胎児化誘導後の細胞は性質が変化し、増殖因子への依存性の低下や抗がん剤への耐性の上昇が誘導されることが分かった。胎児化を阻害することで抗癌剤への感受性が回復することも示されており、胎児化を誘導する機構は大腸癌における新たな治療標的になり得ると考えられる。このように本年度までの研究で、当初予定していた研究計画を着実に遂行し、胎児化のメカニズムと大腸癌における意義の一端を解明するなど、期待される成果に結びつけることが出来た。そのため、研究は「おおむね順調に進展している」と判断した。

今後の研究の推進方策

本年度までの研究では、腸細胞の胎児化を誘導する機構とその意義について、ハイドロゲルを用いたin vitroの実験系で解析を行い、胎児化誘導因子としてSRC-YAP経路を同定するなどの成果が得られた。今後の研究では、これまでに得られた成果が実際に生体内における癌の形成や進行に関わるか明らかにする。そのために、胎児化を誘導した正常腸上皮細胞に大腸癌で見られる種々の遺伝子変異を導入し、免疫不全マウスに移植して、腫瘍形成能や転移能を解析する。それにより、胎児化の有無により、癌の形成や進行、あるいは形成される癌組織の性状が変化するか調べる。これと並行して、ヒト大腸癌細胞においても免疫不全マウスにおける腫瘍形成実験を行い、胎児化の有無によって腫瘍形成能や転移、浸潤能が変化するか調べる。これらの解析により、腸細胞の胎児化が大腸癌の発生や進行において果たす役割を明らかにする。また本年度までの研究で、ハイドロゲル培養環境下では、胎児化の阻害によって大腸癌細胞の抗がん剤への感受性が上昇することが示されている。そこで、今後の研究では、生体内でも胎児化の阻害剤と抗がん剤の併用によって、腫瘍形成が効果的に抑制されるか調べる。以上の研究により、腸上皮細胞の胎児化が大腸癌の発生や進行にどのように関わるか明らかにし、その機構を標的とした大腸癌の新たな治療戦略を確立することを目指す。

次年度使用額が生じた理由

今年度は腸上皮細胞の胎児化を誘導する機構としてSRC-YAP経路を同定し、また大腸癌細胞では胎児化の阻害によって抗がん剤への感受性が上昇することを明らかにするなど、当初の予想以上に研究が進んだ。そのため、次年度分の予算の一部を前倒し請求し、予定より早く、免疫不全マウスを用いた腫瘍形成実験の条件検討を行った。一方で、マウスを用いた本格的な実験の開始には至らなかったため、その分の経費に残額が生じた。これらの実験は次年度に引き続き行う予定であり、その際に残額分を使用することにした。

研究成果

• [雑誌論文] Generation of Fetal Intestinal Organoids and Their Maturation into Adult Intestinal Cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Imajo, Akira Hirota, Shinya Tanaka
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: 2650 ページ: 133-140
  • DOI: 10.1007/978-1-0716-3076-1_11
  • 査読あり
• [雑誌論文] Engineering of an electrically charged hydrogel implanted into a traumatic brain injury model for stepwise neuronal tissue reconstruction (2023)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Tanikawa, Yuki Ebisu, Tomas Sedlacik, Shingo Semba, Takayuki Nonoyama, Takayuki Kurokawa, Akira Hirota, Taiga Takahashi, Kazushi Yamaguchi, Masamichi Imajo, Hinako Kato, Takuya Nishimura, Zen-ichi Tanei, Masumi Tsuda, Tomomi Nemoto, Jian Ping Gong, Shinya Tanaka
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 13 ページ: 2233
  • DOI: 10.1038/s41598-023-28870-z
  • 査読あり
• [学会発表] 合成ハイドロゲルによるオルガノイドの制御と臓器新生 (2024)
  • 著者名/発表者名: 今城正道, 陳策文, Jian Ping Gong, 田中伸哉
  • 学会等名: 第113回日本病理学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 細胞機能の新たな制御軸-基質電荷の影響の解明と癌・組織再生研究への展開 (2023)
  • 著者名/発表者名: 今城正道
  • 学会等名: 第40回分子病理学研究会 クラークシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Application of synthetic hydrogel technology to the control of cancer and pluripotent stem cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Imajo, Akira Hirota, Jian-Ping Gong, Shinya Tanaka
  • 学会等名: The 6th ICReDD International Symposium
  • 国際学会