血管ニッチにおけるがん幹細胞性維持の分子基盤の解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 24300330
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 高倉 伸幸 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (80291954)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: がん幹細胞 / 血管 / ニッチ

研究実績の概要

近年、血管の機能として、組織に酸素や養分を運搬するという基本的な機能に加え、幹細胞の維持や自己複製に関与するという、いわゆる血管ニッチの概念が徐々に証明されつつある。これまで我々は、自己複製中のがん幹細胞を識別できるマーカー分子を発見し、がん幹細胞は、血管新生抑制剤に抵抗性を示す、がん組織の周囲の成熟血管近傍に局在することを解明し得た。臨床的に問題視されている、血管新生抑制剤投与後のがん細胞の浸潤が、この腫瘍周囲の血管ニッチからのがん幹細胞から誘導されていることが予想される。そこで本研究では、がん幹細胞の生態学的適所の破綻による幹細胞性喪失の誘導をはかることを目的とし、腫瘍周囲の血管がいかに成熟化するのか、その分子メカニズムの解明をおこなってきた。昨年度までに明らかにした、血管成熟化因子であるリン脂質L-Aについて、内皮細胞に対する影響を詳細にした。その結果、L-Aは複数存在する受容体のうち、L-AR4を活性化することで、内皮細胞同士のadherent junctionの形成を促進することが判明した。また、血管内皮細胞に発現するレセプター型チロシンキナーゼであるTie1について、その発現誘導についての解析を行い、予想通りLIFによる発現誘導機構が存在することを明らかにした。また、血管新生刺激で生じる、Tie1の細胞外領域の切断による可溶性Tie1の機能については、担がんマウスモデルを用いて、血管新生を抑制して、腫瘍の増大を抑制することが判明した。Tie1のがん幹細胞における発現解析については、腫瘍内に存在するTie1陽性がん細胞の数が極めて少なく、sphere形成等の実験を行うことができず、次年度に持ち越しとなった。

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

血管内皮細胞に発現するレセプター型チロシンキナーゼであるTie1について、可溶性の受容体が腫瘍血管形成に与える影響が観察でき、当初予定していた研究成果が得られている。また、腫瘍内血管を成熟化する分子も発見され、さらに詳細な解析結果を含めたPCT特許出願も2015年度早々に可能になった。一部研究の進捗が滞っている計画もあったが、全体としては概ね順調に伸展していると判断される。

今後の研究の推進方策

Tie1遺伝子の発現制御と腫瘍血管の成熟化については、切断された細胞外領域のTie1が腫瘍血管形成に対する意義を解析するために、Tie1の細胞外領域切断部位に変異をいれた遺伝子改変マウスをCRISPR-Cas9システムで作製する。今後はこのマウスの発生期から成体までの血管形成について詳細に検討を行う。また、本マウスへのがん細胞移植により、腫瘍血管がどのような形態変化がもたらされるのかを組織学的に解析する。正常血管内皮細胞とがん細胞の細胞間相互作用の解明について、がん細胞の悪性化が生じる際に、血管内皮細胞とがん細胞の細胞間の相互作用ががん細胞の悪性化に関係することが予想される。そこで、種々の血管内皮細胞と種々のがん細胞の組み合わせで、がん細胞としては上皮系のがん細胞を用いて、E-cadherinからN-cadherinへの発現変化や、SMAの発現誘導等、がん細胞の上皮間葉転換が誘導されるパターンをとる組み合わせを選択する。選ばれた共培養系において、内皮細胞、がん細胞の単独培養と、共培養系から得られる培養上清を回収して、質量分析において、培養液に含まれている分子を網羅的に解析する。複数の共培養系で同様の上皮間葉転換が観察されれば、これらの培養液の解析で共通して発現するものを、候補遺伝子として選択する。本遺伝をRNAi法でノックダウンした際に、SMA発現や、N-cadherinの発現にどのように影響を与えるのかを観察する。

次年度使用額が生じた理由

Tie1発現がん細胞を試験管内で回収し、この細胞の悪性度を様々な方法で解析する予定であったが、腫瘍組織中にTie1陽性がん細胞が非常に僅少にしか存在しないことが判明し、この細胞を用いた解析ができなかったために、計画が遅延した。

次年度使用額の使用計画

Tie1陽性がん細胞の解析については、Tie1細胞外領域部分による可溶性Tie1の発現ができなくなったマウスでの、がんの悪性化変化の解析に、次年度使用額を使用する計画である。

研究成果

• [雑誌論文] APJ regulates parallel alignment of arteries and veins in the skin (2015)
  • 著者名/発表者名: Kidoya K, Naito H, Muramatasu F, Yamakawa D, Jia W, Ikawa M, Sonobe T, Tsuchimochi H, Shirai M, Adams RH, Fukamizu A, Takakura N.
  • 雑誌名: Dev Cell 巻: inpress ページ: inpress
  • DOI: inpress
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell-sheet Therapy With Omentopexy Promotes Arteriogenesis and Improves Coronary Circulation Physiology in Failing Heart (2015)
  • 著者名/発表者名: Kainuma S, Miyagawa S, Fukushima S, Pearson J, Chen YC, Saito A, Harada A, Shiozaki M, Iseoka H, Watabe T, Watabe H, Horitsugi G, Ishibashi M, Ikeda H, Tsuchimochi H, Sonobe T, Fujii Y, Naito H, Umetani K, Shimizu T, Okano T, Kobayashi E, Daimon T, Ueno T, Kuratani T, Toda K, Takakura N, Hatazawa J, Shirai M, Sawa Y
  • 雑誌名: Mol Ther 巻: 23 ページ: 374-386
  • DOI: 10.1038/mt.2014.225
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atrial natriuretic peptide prevents cancer metastasis through vascular endothelial cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nojiri T, Hosoda H, Tokudome T, Miura K, Ishikane S, Otani K, Kishimoto I, Shintani Y, Inoue M, Kimura T, Sawabata N, Minami M, Nakagiri T, Funaki S, Takeuchi Y, Maeda H, Kidoya H, Kiyonari H, Shioi G, Arai Y, Hasegawa T, Takakura N, Hori M, Ohno Y, Miyazato M, Mochizuki N, Okumura M, Kangawa K
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 112 ページ: 4086-4091
  • DOI: 10.1073/pnas.1417273112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of PSF1 as a prognostic biomarker for prostate cancer. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tahara H, Naito H, Kise K, Wakabayashi T, Kamoi K, Okihara K, Yanagisawa A, Nakai Y, Nonomura N, Morii E, Miki T, Takakura N
  • 雑誌名: Prostate Cancer Prostatic Dis 巻: 18 ページ: 56-62
  • DOI: 10.1038/pcan.2014.46
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DNA damage enhanced by the attenuation of SLD5 delays cell cycle restoration in normal cells but not in cancer cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Gong Z-Y, Kidoya H, Mohri T, Han Y, Takakura N
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 9 ページ: e110483
  • DOI: 0.1371/journal.pone.0110483
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Myocardium-derived angiopoietin-1 is essential for coronary vein formation in the developing heart (2014)
  • 著者名/発表者名: Arita Y, Nakaoka Y, Matsunaga T, Kidoya H, Yamamizu K, Arima Y, Kataoka-Hashimoto T, Ikeoka K, Yasui T, Masaki T, Yamamoto K, Higuchi K, Park JS, Shirai M, Nishiyama K, Yamagishi H, Otsu K, Kurihara H, Minami T, Yamauchi-Takihara K, Koh GY, Mochizuki N, Takakura N, Sakata Y, Yamashita JK, Komuro I
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 5 ページ: 4452
  • DOI: 10.1038/ncomms5552
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contribution of calumin to embryogenesis through participation in the endoplasmic reticulum-associated degradation activity (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto S, Yamazaki T, Komazaki S, Yamashita T, Osaki M, Matsubayashi M, Kidoya H, Takakura N, Yamazaki D, Kakizawa S
  • 雑誌名: Dev Biol 巻: 393 ページ: 33-43
  • DOI: 0.1016/j.ydbio.2014.06.024
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selenoprotein P as a diabetes-associated hepatokine that impairs angiogenesis by inducing VEGF resistance in vascular endothelial cells. (2014)
  • 著者名/発表者名: Ishikura K, Misu H, Kumazaki M, Takayama H, Matsuzawa-Nagata N, Tajima N, Chikamoto K, Lan F, Ando H, Ota T, Sakurai M, Takeshita Y, Kato K, Fujimura A, Miyamoto K, Saito Y, Kameo S, Okamoto Y, Takuwa Y, Takahashi K, Kidoya H, Takakura N, Kaneko S, Takamura T
  • 雑誌名: Diabetologia 巻: 57 ページ: 1968-1976
  • DOI: 0.1007/s00125-014-3306-9
  • 査読あり
• [学会発表] 既存血管における血管内皮幹細胞システムの解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高倉伸幸
  • 学会等名: 第14回日本再生医療学会総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（横浜）
  • 年月日: 2015-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] Maintenance of the stemness in cancer stem cells requires CD44 expressed by tumor stromal cells via tissue hypoxia (2015)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Takakura
  • 学会等名: Joint International Symposium on TGF-β and Cancer
  • 発表場所: つくば国際会議場（つくば）
  • 年月日: 2015-01-13
  • 招待講演
• [学会発表] Discovery of endothelial stem like cell for the maintenance of blood vessels (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Takakura
  • 学会等名: CREST International Symposium on Homeodynamics during Development and Diseases
  • 発表場所: 八芳園（東京）
  • 年月日: 2014-12-15
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of angiogenesis in the tumor microenvironment (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Takakura
  • 学会等名: The 31st Annual Meeting of the International Society for Heart Research Japanese Section.
  • 発表場所: ウインク愛知（名古屋）
  • 年月日: 2014-11-28
  • 招待講演
• [学会発表] Discovery of endothelial stem cells and their application in the tissue regeneration (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Takakura
  • 学会等名: 2014 Annual Meeting of Vascular Science and Medicine Organization at Busan
  • 発表場所: Haeundae (海雲臺) Grand Hotel（韓国釜山）
  • 年月日: 2014-11-07
  • 招待講演
• [学会発表] がん幹細胞ニッチの形成と制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高倉 伸幸
  • 学会等名: 第32回日本骨代謝学会学術集会
  • 発表場所: 大阪国際会議場（大阪）
  • 年月日: 2014-07-24
  • 招待講演
• [学会発表] 血管形成と幹細胞制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 高倉 伸幸
  • 学会等名: 第38回日本リンパ学会総会
  • 発表場所: 北里大学薬学部コンベンションホール（東京）
  • 年月日: 2014-06-20
  • 招待講演
• [学会発表] Censer stemcells and their vascular niche formation (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Takakura
  • 学会等名: 2014 Korean Society for Biochemistry and Molecular Biology (KSBMB) Annual Meeting
  • 発表場所: COEX（韓国・ソウル）
  • 年月日: 2014-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] Requirement of endothelial stem cell population for the maintenance and reconstitution of blood vessels (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Takakura
  • 学会等名: The 18th International Vascular Biology Meeting
  • 発表場所: みやこメッセ（京都）
  • 年月日: 2014-04-17
  • 招待講演
• [学会発表] New approach for cancer treatment (2014)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Takakura
  • 学会等名: Asia Partnership Conference of Pharmaceutical Associations
  • 発表場所: 帝国ホテル（東京）
  • 年月日: 2014-04-11
  • 招待講演
• [備考] 大阪大学微生物病研究所情報伝達分野
  • URL: http://st.biken.osaka-u.ac.jp/