可視化がん幹細胞による細胞競合の解析と根治的癌治療開発

2015 年度 実績報告書

• 研究領域: 細胞競合：細胞社会を支える適者生存システム
• 研究課題/領域番号: 15H01484
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 田中 真二 東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (30253420)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 癌 / 癌幹細胞 / エピゲノム / ヒストン修飾 / 転移 / 薬剤耐性 / トランスレーショナルリサーチ / 再生医療

研究実績の概要

本研究は癌幹細胞の細胞競合作用の分子的基盤解析とその臨床応用への展開という二つの視点を特徴とする。
まずFACSソーティングによって単離した蛍光可視化癌幹細胞と、非対称性分裂によって生まれた非癌幹細胞に対して遺伝子プロファイリングを行なった結果、癌幹細胞に特異的に高発現する遺伝子DCLK1を同定した。癌幹細胞は生体内転移に対して高い優位性を認めるが、DCLK1ノックダウンによって転移巣は完全に喪失することが明らかとなった。実際の臨床検体における解析でも、転移巣におけるDCLK1高発現を検出した。さらにクロマチン免疫沈降法によるDCLK1プロモーター解析の結果、癌幹細胞では活性化マークH3K4me3が優位であるが、非癌幹細胞ではH3K4me3に加えて抑制マークH3K9me3およびH3K27me3も検出された。すなわち癌幹細胞ではopenクロマチン状態、非癌幹細胞ではbivalentクロマチン状態にあり、エピゲノム変化によってDCLK1遺伝子発現スイッチが制御されていることが示された。
次にエピゲノム制御因子Xのノックアウト株を、ゲノム編集法(CRISPR/Cas9)によって作成した。Xノックアウト株において幹細胞性の亢進を認めたが、その制御にはヒストン抑制マークH3K9me3が関与する可能性が示唆された。網羅的遺伝子発現解析を用いてH3K9me3によって発現コントロールされている遺伝子候補Yを同定した。Xノックアウト株の幹細胞性亢進はYノックダウンによって抑制されることが明らかとなった。現在Xノックアウト株の生体内腫瘍解析・転移解析に加え、手術検体を用いて臨床病理学的検証を進めている。さらに、治療抵抗性獲得と幹細胞性エピゲノム制御について新たな解析を展開している。

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

癌幹細胞の細胞競合がクロマチンの動的変動（open⇔bivalent）によって制御され、特に癌転移における生体内優位性の獲得に寄与することが明らかとなった。さらにエピゲノム制御因子とクロマチン変化による癌幹細胞の維持メカニズムを示唆する結果が得られ、新しい治療標的候補の可能性について研究展開を進めている。

今後の研究の推進方策

細胞競合におけるクロマチン動的変動と意義を解析するとともに、癌幹細胞を特異的に標的とする治療開発へと研究をさらに発展させる。現在、癌幹細胞競合におけるスーパーエンハンサーの関与が示唆されるpreliminary dataも得ており、標的分子の同定も進めている。細胞競合研究のトランスレーショナルな展開へ寄与する重要な研究課題である。

研究成果

• [国際共同研究] Peking University(China)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: Peking University
• [国際共同研究] Seoul National University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Seoul National University
• [雑誌論文] CD73 as a therapeutic target for pancreatic neuroendocrine tumor stem cells. (2016)
  • 著者名/発表者名: Katsuta E, Tanaka S, Mogushi K, Shimada S, Akiyama Y, Aihara A, Matsumura S, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Fukamachi H, Tanaka H, Nakayama K, Arii S, Tanabe M.
  • 雑誌名: International Journal of Oncology 巻: 48 ページ: 657-69
  • DOI: 10.1007/s00535-015-1159-8.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Dominant expression of DCLK1 in human pancreatic cancer stem cells accelerates tumor invasion and metastasis. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito H, Tanaka S, Akiyama Y, Shimada S, Adikrisna R, Matsumura S, Aihara A, Mitsunori Y, Ban D, Ochiai T, Kudo A, Arii S, Yamaoka S, Tanabe M.
  • 雑誌名: PloS One 巻: 11(1) ページ: e0146564.
  • DOI: 1371/journal.pone.0146564.
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Reduced expression of SET7/9, a histone mono-methyltransferase, is associated with gastric cancer progression. (2016)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Y, Koda Y, Byeon S, Shimada S, Nishikawaji T, Sakamoto A, Chen Y, Kojima K, Kawano T, Eishi Y, Deng D, Kim WH, Zhu WG, Yuasa Y, Tanaka S.
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 7(4) ページ: 3966-3983
  • DOI: 10.18632/oncotarget.6681.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cancer stem cells as therapeutic targets of hepato-biliary-pancreatic cancers. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S.
  • 雑誌名: Journal of Hepato-Biliary-Pancreatic Sciences 巻: 22(7) ページ: 531-537
  • DOI: 10.1002/jhbp.248.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DNA methylation at hepatitis B viral integrants is associated with methylation at flanking human genomic sequences. (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Y, Yamamoto H, Oikawa R, Toyota M, Yamamoto M, Kokudo N, Tanaka S, Arii S, Yotsuyanagi H, Koike K, Itoh F.
  • 雑誌名: Genome Research 巻: 25(3) ページ: 328-337
  • DOI: 10.1101/gr.175240.114.
  • 査読あり
• [雑誌論文] DNA methylation in the exon 1 region and complex regulation of Twist1 expression in gastric cancer. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sakamoto A, Akiyama Y, Shimada S, Zhu W-G, Yuasa Y, Tanaka S.
  • 雑誌名: PloS One 巻: 10(12) ページ: e0145630.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0145630.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Symposium: Surgical oncology for identification of novel molecular targets in refractory cancers. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S.
  • 学会等名: The 74th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • 発表場所: Nagoya
  • 年月日: 2015-10-09 – 2015-10-09
• [学会発表] Symposium: Molecular pathogenesis and targeted therapy for major vascular invasiveness of hepatocellular carcinoma. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Aihara A, Tanabe M.
  • 学会等名: The 13th General Meeting of the Japanese Society of Gastroenterological Surgery
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2015-10-08 – 2015-10-08
• [学会発表] シンポジウム：難治性消化器癌の幹細胞性解析を基盤とした標的治療の前臨床試験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中真二、島田周、伊藤浩光、古山隆貴、藍原有弘、松村聡、伴大輔、落合高徳、工藤篤、田邉稔.
  • 学会等名: 第71回日本消化器外科学会総会
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2015-07-15 – 2015-07-15
• [学会発表] シンポジウム：幹細胞特性の機能的解析に基づいた肝癌標的治療の前臨床試験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中真二、古山隆貴、田邉稔.
  • 学会等名: 第51回日本肝臓学会総会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2015-05-21 – 2015-05-21
• [学会発表] パネルディスカッション：高度脈管侵襲肝細胞癌に対する術後補助療法の意義と分子生物学的解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中真二、伊藤浩光、茂櫛薫、小川康介、藍原有弘、松村聡、伴大輔、落合高徳、入江工、工藤篤、田中博、有井滋樹、田邉稔.
  • 学会等名: 第115回日本外科学会定期学術集会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-04-17 – 2015-04-17
• [図書] Cancer stem cells as therapeutic targets. (Human Stem Cell Toxicity; ed. Sherley JL) (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S.
  • 総ページ数: in press
  • 出版者: Royal Society of Chemistry
• [備考]
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/grad/monc/index.html