新たなモデルマウスの創出によるがん幹細胞ニッチとしての低酸素領域の評価

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26670555
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 平岡 眞寛 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70173218)
• 研究分担者: 原田 浩 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362531)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 腫瘍内低酸素 / HIF-1 / 放射線治療 / 放射線抵抗性 / がん

研究実績の概要

近年、幹細胞様形質を持つごく少数のがん細胞（がん幹細胞）が固形腫瘍内の低酸素環境下に存在し、放射線治療後の再発に関わっている可能性が指摘されている。平成26～27年度の2年間に亘る本研究では、「薬剤の投与を引き金に低酸素がん細胞を腫瘍内から一掃できる新たなモデルマウスを確立すること」、そして「②当該モデルマウスを活用して、腫瘍内低酸素領域ががん幹細胞ニッチであるか否か、また、放射線治療後の再発源であるか否かに迫るインビボの実験」を実施することを計画している。平成26年度は当初の計画に従って、低酸素誘導性因子1（HIF-1）に依存して低酸素環境下で自殺遺伝子（ジフテリアトキシン受容体）の発現を誘導するベクターを構築した。そしてこれをがん細胞株に安定に導入し、低酸素環境下でジフテリアトキシン依存的に死滅する遺伝子組換えがん細胞株を樹立することに成功した。さらに、当該細胞株を免疫不全マウスに移植することによって、移植腫瘍内の低酸素がん細胞の生死を自在にコントロールできる実験系を確立した。本モデルマウスは、固形腫瘍内低酸素がん細胞の重要性を直接的に解析するツールとして有用であり、次年度以降のインビボ実験で当初の目的を達成できる見込みが付いたといえる。

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

当初の計画通りに、低酸素培養条件下でジフテリアトキシン依存的に細胞死を誘導できるベクターの構築と、このベクターを安定に組み込んだがん細胞株の樹立を終えることが出来た。また、当初は平成27年度に計画していた研究項目、すなわち同細胞株を免疫不全マウスに移植して、移植腫瘍内低酸素がん細胞の生死を自在に制御できることを確認することも終えたことから、当初の計画以上に研究が進展していると自己評価した。

今後の研究の推進方策

低酸素環境下でジフテリアトキシン受容体依存的に死滅する遺伝子組換え細胞株をヌードマウスに移植し、固形腫瘍を形成させる。これを対象に以下の研究を実施する。
1. 移植腫瘍を摘出し、ジフテリアトキシン受容体やHIF-1αタンパク質を検出する免疫組織染色実験を実施する。そして、HIF-1依存的プロモーターの機能によって、移植腫瘍内の低酸素領域でジフテリアトキシン受容体の発現が誘導されていることを確認する。
2. 1.の担がんマウスに様々な用量のジフテリアトキシンを投与して腫瘍組織を摘出、TUNNEL 染色実験を行うことにより、固形腫瘍内部の低酸素領域において効率良く細胞死を誘導できる投与量を最適化する。これをもって、悪性固形腫瘍内低酸素がん細胞の生死を自在に制御できるモデルマウスを確立する。
3. 2.の如く移植腫瘍内の低酸素がん細胞を一掃することによって、放射線治療後のがんの再発率が変化するか否かを検討する目的で、Tumor Control Dose50 Assay （TCD50 Assay：局所制御率50%を達成するために必要な放射線量を定量する実験法のこと）をはじめとするインビボ実験を実施する。

次年度使用額が生じた理由

年度末に入手出来る予定であった海外製研究試薬の輸入に時間がかかり、年度内に入手できなかったため。

次年度使用額の使用計画

次年度の初めに研究試薬を輸入して、研究を実施する。

研究成果

• [雑誌論文] Plastic induction of CD133AC133-positive cells in the microenvironment of glioblastoma spheroid. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi K, Tani T, Bando S, Kubota N, Fujii Y, Hatano O, Harada H.
  • 雑誌名: Int J Oncol 巻: 45 ページ: 581-586
  • DOI: doi: 10.3892/ijo.2014.2483.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aberrant IDH3alpha expression promotes malignant tumor growth by inducing HIF-1-mediated metabolic reprogramming and angiogenesis. (2015)
  • 著者名/発表者名: Zeng L, Morinibu A, Kobayashi M, Zhu Y, Wang X, Goto Y, Yeom CJ, Zhao T, Hirota K, Shinomiya K, Itasaka S, Yoshimura M, Guo G, Hammond EM, Hiraoka M, *Harada H.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: 34 ページ: 4758-4766
  • DOI: doi: 10.1038/onc.2014.411.
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Synthesis of Biocompatible Polysaccharide Analogues and Their Application to In Vivo Optical Tumor Imaging. (2015)
  • 著者名/発表者名: Miki K, Kimura A, Inoue T, Matsuoka H, Harada H, Hiraoka M, Ohe K.
  • 雑誌名: Bull Chem Soc Jpn. 巻: in press ページ: .
  • 査読あり
• [雑誌論文] UCHL1 provides diagnostic and antimetastatic strategies due to its deubiquitinating effect on HIF-1α. (2015)
  • 著者名/発表者名: Goto Y, Zeng L, Yeom CJ, Zhu Y, Morinibu A, Shinomiya K, Kobayashi M, Hirota K, Itasaka S, Yoshimura m, Tanimoto K, Torii M, Sowa T, Menju T, Sonobe M, Kakeya H, Toi M, Date H, Hammond EM, Hiraoka M, Harada H.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 ページ: 6153
  • DOI: doi:10.1038/ncomms7153.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Near-infraredfluorescence imaging of cancer mediated by tumor hypoxia and HIF1α/OATPs signaling axis. (2014)
  • 著者名/発表者名: Wu JB, Shao C, Li X, Shi C, Li Q, Hu P, Chen YT, Dou X, Sahu D, Li W, Harada H, Zhang Y, Wang R, Zhau HE, Chung LW.
  • 雑誌名: Biomaterials 巻: 35 ページ: 8175-8185
  • DOI: doi: 10.1016/j.biomaterials.2014.05.073.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sonication-Induced Formation of Size-Controlled Self-Assemblies of Amphiphilic Janus-Type Polymers as Optical Tumor Imaging Agents. (2014)
  • 著者名/発表者名: Miki K, Hashimoto H, Inoue T, Matsuoka H, Harada H, Hiraoka M, Ohe K.
  • 雑誌名: Small 巻: 10 ページ: 3119-3130
  • DOI: doi: 10.1002/smll.201400358.
  • 査読あり
• [雑誌論文] HIF-1-mediated metabolic reprogramming reduces ROS levels and facilitates the metastatic colonization of cancers in lungs. (2014)
  • 著者名/発表者名: Zhao T, Zhu Y, Morinibu A, Kobayashi M, Shinomiya K, Itasaka S, Yoshimura M, Guo G, Hiraoka M, Harada H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 4 ページ: 3793
  • DOI: doi: 10.1038/srep03793.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Combination of hybrid peptide with biodegradable gelatin hydrogel for controlled release and enhancement of anti-tumor activity in vivo. (2014)
  • 著者名/発表者名: Gaowa A, Horibe T, Kohno M, Sato K, Harada H, Hiraoka M, Tabata Y, Kawakami K.
  • 雑誌名: J Control Release 巻: 176 ページ: 1-7
  • DOI: doi: 10.1016/j.jconrel.2013.12.021.
  • 査読あり
• [学会発表] 腫瘍内低酸素領域・HIF-1活性を診る意義 -低酸素バイオロジー研究で明らかになったがんの悪性形質獲得メカニズム- (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田浩, 平岡真寛.
  • 学会等名: 第17回国際癌治療増感シンポジウム.
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2015-02-06 – 2015-02-07
  • 招待講演
• [学会発表] がんの微小環境研究を通して同定された新たな治療標的 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原田浩, 平岡真寛
  • 学会等名: 第3回国際先端生物学・医学・工学会議
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-01-15 – 2015-01-16
  • 招待講演
• [学会発表] UCHL1 provides novel diagnostic and antimetastatic strategy due to its deubiquitinating effect on HIF-1alpha (2014)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Hiraoka M
  • 学会等名: Hypoxia Meeting
  • 発表場所: Oxford University, UK
  • 年月日: 2014-07-04 – 2014-07-04
  • 招待講演
• [学会発表] IDH3によるがんの代謝リプログラミング機構の解明と新たな治療法確立への展開 (2014)
  • 著者名/発表者名: 原田浩, 平岡真寛
  • 学会等名: 第18回日本がん分子標的治療学会学術総会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-06-25 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] HIF-1 as a Rational Target for Cancer Therapy (2014)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Hiraoka M
  • 学会等名: International Symposium, Oxford Institute for Radiation Oncology.
  • 発表場所: Oxford University
  • 年月日: 2014-05-29 – 2014-05-29
  • 招待講演
• [学会発表] Importance of HIF-1 in Radiation Oncology. (2014)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Hiraoka M
  • 学会等名: The University of Oxford. Gray Institute for Radiation Oncology & Biology Seminar
  • 発表場所: Oxford University
  • 年月日: 2014-04-07 – 2014-04-07
  • 招待講演
• [備考] 京都大学大学院 医学研究科 放射線腫瘍学・画像応用治療学ホームページ
  • URL: http://radiotherapy.kuhp.kyoto-u.ac.jp/biology/
• [備考] Nature Communications誌に掲載された研究成果のプレスリリース（京大ホームページ）
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/150113_1.html
• [備考] Nature Communications誌に掲載された論文が、「注目の論文」にて紹介されたページ
  • URL: http://www.natureasia.com/ja-jp/ncomms/abstracts/61434