腫瘍内低酸素がん細胞の動的平衡の時空間解析と放射線分割療法最適化への展開

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26670558
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 原田 浩 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (80362531)
• 研究分担者: 吉村 通央 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (40597936) ; 小林 稔 京都大学, 医学(系)研究科(研究院), 研究員 (40644894)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: がん / 放射線治療抵抗性 / 低酸素 / HIF-1 / 細胞動態

研究実績の概要

先行研究を通して我々は「放射線治療後のがんの再発を防ぐためには、腫瘍内低酸素領域を構成するがん細胞が入れ替わるタイムスケールを明らかにし、その情報をもとにして放射線分割照射の間隔を最適化する必要があること」を報告してきた。そこで平成26~27年度の二年間に亘る本研究では、移植腫瘍と比較してヒトの臨床病態に近い自然発症がんモデルの中で、当該動的平衡のタイムスケールを明らかにすることを目的としている。平成26年度は当初の計画に従って、HIF-1 依存的にCre-ERT2 を発現する人工遺伝子を構築した。そしてHIF-1 が活性化した細胞に光標識を導入できる遺伝子改変マウスHIF-Cre を樹立するために、トランスジーンの調整、採卵、DNA のインジェクション、移植、ファウンダーマウスの作成、キメラマウスの作成、そしてHIF-Cre マウスのF1 世代の獲得まで、一連の実験を実施した。本モデルマウスは、固形腫瘍内低酸素がん細胞の動態を時間空間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)

2: おおむね順調に進展している

理由

HIF-1 が活性化した細胞に光標識を導入できる遺伝子改変マウスHIF-Cre の樹立に向け、トランスジーンの調整、採卵、DNA のインジェクション、移植、ファウンダーマウスの作成、キメラマウスの作成、そしてHIF-Cre マウスのF1 世代の獲得まで、当初の計画に沿って一連の実験を終了した。概ね順調に進展していると自己評価した。

今後の研究の推進方策

平成26 年度に得た“HIF-Cre マウス”と“自然発がんモデルマウス（例えばKRAS G12V tg マウス）”とを交配する。そして、in vivo 光イメージング実験や、免疫組織化学染色法を駆使して、HIF-1 が活性化した低酸素がん細胞が、どの様なタイムコースで悪性固形腫瘍内を移動するのか、時間空間的に解析する。また、腫瘍の増殖過程のみならず、放射線照射後の低酸素がん細胞のダイナミクスも解析する。低酸素がん細胞の変遷を定量する目的にはCAGp-floxed STOP-luc マウスを、一方、低酸素がん細胞の局在変化をミクロレベルで捉えるためには、CAGp-floxed STOP-DsRed2 マウスやCAGp-floxed STOP-EGFP マウスを適宜使い分ける。得られた時間情報を放射線の分割照射法に適応して、担がんマウスを対象にするインビボ実験によって治療効果を比較・検討する。

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掛かり、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] 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] H3K9me3 facilitates hypoxia-induced p53-dependent apoptosis through repression of APAK. (2015)
  • 著者名/発表者名: Olcina MM, Leszczynska K, Senra JM, Isa N, Harada H, Hammond EM.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: in press
  • 査読あり
• [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] Plastic induction of CD133AC133-positive cells in the microenvironment of glioblastoma spheroid. (2014)
  • 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
• [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, Oxford university
  • 発表場所: Oxford, 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 at Oxford Institute for Radiation Oncology
  • 発表場所: Oxford, UK
  • 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, UK
  • 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