生化学部門

スタッフ

井上 正宏 部長 mail
遠藤 洋子 主任研究員
近藤 純平 主任研究員
佐藤 友美 博士研究員
Coppo Roberto 博士研究員
萩原 健 大学院生(京都大学 D3)
伊東 優 大学院生(大阪大学 D2)
田中 稔恵 大学院生(大阪大学 D2)
辰巳 久美子 大学院生(京都大学 D1)
江川 智哉 技術補助員
津田 麻里沙 技術補助員
安田 俊子 技術補助員
井筒 雅美 技術補助員
貫戸 紀子 技術補助員

研究テーマ

これまでにがんを克服するため様々な研究が積み重ねられてきた結果、早期がんの治療成績は飛躍的に向上しました。しかし、進行がんの治療は依然として困難で、がんは日本人の死因一位の座を占め続けています。現状を打破するためには、従来の治療法とは異なる視点の革新的な治療法を確立する必要があります。

従来の癌研究では、最適条件で培養された樹立細胞株を用いた実験が主流でした。しかしながら、がん細胞株は樹立の過程で変質し、患者がんの性質の一部のみを反映したものになっています。一方、初代がん細胞培養は、より患者がんの性質を保持していると期待されてきましたが、技術的な困難さ故にがん研究において汎用されることはありませんでした。固形がんは生体内では細胞の集塊として存在し、単細胞として存在することは通常はありません。固形とは細胞-細胞間接着を維持した状態だとすれば、固形がんの特性はこの細胞-細胞間接着を維持した状態でのみ発揮され、調製・培養の過程で単細胞化することでがん細胞本来の性質が失われてしまう可能性があります。

また、細胞株は細胞増殖に最適な培地で樹立・培養されますが、ヒトのがん、特に進行した固形がんは不完全な血管構築による還流不全のために、低酸素・低栄 養・アシドーシスなどの内部環境をもつ部分(低酸素領域)が少なからず存在します(図1)。がん細胞はそのような劣悪な環境下でも生存する形質を獲得して います。がんの低酸素領域は薬剤の到達が物理的に困難であることに加えて、細胞死を回避する形質を獲得していること、細胞分裂が不活発であることから化学療法に抵 抗性です。

また放射線治療には酸素の存在が必須です。事実、酸素化が良好な腫瘍と比較して、低酸素領域を持つがんの臨床予後は不良であることが明らかにさ れています。このようにがんの低酸素領域は治療抵抗性の重要な要素となっているため、低酸素領域のがん細胞を標的とした治療を開発する必要があります。 我々の研究グループは、がん細胞が低酸素・低栄養状態に適応するために利用する分子機構の解明を進めています。低酸素・低栄養状態は発がん過程の初期から 出現し、そこで生存し得たがん細胞が選択されていると考えられていますが、その分子機構はほとんど明らかにされていません。

 

研究テーマ1

がん細胞ががんの環境にどのように応答するかを研究するためには、がん細胞を適切な方法で培養する必要があります。これまで、試験管の中でヒトがん組織か ら直接がん細胞を培養することは困難でした。

試験管の中で生き続けたり増えたりする性質をもつことができたがん細胞だけを選んで培養することは、古くから 行われてきました。ところが、培養中にがん細胞がもつ性質が変化してしまうことが問題でした。さらにがん細胞以外の細胞を除去することも困難でした。

 

これらの問題を克服して、生化学部では患者がん組織からがん細胞を培養する新しい方法(CTOS法)を開発しました。私たちの開発した方法では、が ん組織の中のがん細胞を、もとの性質を失わずに安定して試験管の中で純粋培養することができます(図2)。

患者様ひとりひとりにとって最適な治療法を選ん だり、新しい治療法を開発したりすることにこの培養法を利用する研究を行っています (文献1,3,4,5)(図3)

研究テーマ2

低酸素下でのがん細胞の生存戦略としては血管新生を促進して低酸素状態を解消する戦略や、浸潤や転移によって低酸素環境から逃避する戦略などがあります (図4)。

我々はVEGF欠失により腫瘍形成が著しく低下する一方で浸潤能を獲得することを明らかにしました(文献8,10)。

 

さらに低酸素環境下での限られたエネルギー源を節約する適応現象があります。腫瘍組織内の低酸素領域では細胞分裂などエネルギー消費を必要とする活動が抑制されています(図5)。我々は低酸素下でc-Myc, AKT, mTORなどがん細胞の活動に必須なシグナルが抑制されることが、がん細胞の低酸素耐性に関与することを明らかにしました(文献2,7,9)。

また、細胞自身の酸素消費により細胞が低酸素に陥ることを明らかにしました(文献6)。がん細胞は酸素消費の抑制によって、環境の危機的な酸素分圧の低下を回避している可能性があります。

 

これら研究によってがん細胞が低酸素・低栄養状態に適応するための物質的な基盤が明らかになり、それを障害するような既存の薬剤を発見すること、あるいは新たな分子標的剤を開発することによって、低酸素・低栄養状態下のがん細胞に対する新たな治療戦略を模索します。

主な研究業績

1. Endo H, Okami J, Okuyama H, Nishizawa Y, Imamura F, Inoue M. The induction of MIG6 under hypoxic conditions is critical for dormancy in primary cultured lung cancer cells with activating EGFR mutations. Oncogene (2016)

 

2. Okuyama H, Kondo J, Sato Y, Endo H, Nakajima A, Piulats JM, Tomita Y, Fujiwara T, Itoh Y, Mizoguchi A, Ohue M, Inoue M. Dynamic Change of Polarity in Primary Cultured Spheroids of Human Colorectal Adenocarcinoma and Its Role in Metastasis. Am J Pathol 186 899-911 (2016)

 

3. Sato Y, Tateno H, Adachi J, Okuyama H, Endo H, Tomonaga T, Inoue M. Generation of a monoclonal antibody recognizing the CEACAM glycan structure and inhibiting adhesion using cancer tissue-originated spheroid as an antigen. Sci Rep 6 24823 (2016)

 

4. Kiyohara Y, Yoshino K, Kubota S, Okuyama H, Endo H, Ueda Y, Kimura T, Kimura T, Kamiura S, Inoue M. Drug screening and grouping by sensitivity with a panel of primary cultured cancer spheroids derived from endometrial cancer. Cancer Sci 107 452-60 (2016)

 

5. Nakajima A, Endo H, Okuyama H, Kiyohara Y, Kimura T, Kamiura S, Hiraoka M, Inoue M. Radiation sensitivity assay with a panel of patient-derived spheroids of small cell carcinoma of the cervix. Int J Cancer 136 2949-60 (2015)

 

6. Yoshida T, Okuyama H, Nakayama M, Endo H, Nonomura N, Nishimura K, Inoue M. High-dose chemotherapeutics of intravesical chemotherapy rapidly induce mitochondrial dysfunction in bladder cancer-derived spheroids. Cancer Sci 106 69-77 (2015)

 

7. Yoshida T, Okuyama H, Nakayama M, Endo H, Tomita Y, Nonomura N, Nishimura K, Inoue M. Dynamic Change in p63 Protein Expression during Implantation of Urothelial Cancer Clusters. Neoplasia 17 574-85 (2015)

 

8. Endo H, Okuyama H, Ohue M, Inoue M. Dormancy of Cancer Cells with Suppression of AKT Activity Contributes to Survival in Chronic Hypoxia. PLoS One 9 e98858 (2014)

 

9. Endo H, Okami J, Okuyama H, Kumagai T, Uchida J, Kondo J, Takehara T, Nishizawa Y, Imamura F, Higashiyama M, Inoue M. Spheroid Culture of Primary Lung Cancer Cells with Neuregulin 1/HER3 Pathway Activation. J Thorac Oncol 8 131 (2013)

 

10. Kondo J, Endo H, Okuyama H, Ishikawa O, Iishi H, Tsujii M, Ohue M, Inoue M. Retaining cell-cell contact enables preparation and culture of spheroids composed of pure primary cancer cells from colorectal cancer. Proc Natl Acad Sci USA 108 6235-40 (2011)

 

11. Okuyama H, Endo H, Akashika T, Kato K, Inoue M. Downregulation of c-MYC protein levels contributes to cancer cell survival under dual deficiency of oxygen and glucose. Cancer Res 70 10213-10223 (2010)

 

12. Paez-Ribes M, Allen E, Hudock J, Takeda T, Okuyama H, Vinals F, Inoue M, Bergers G, Hanahan D, Casanovas O. Antiangiogenic therapy elicits malignant progression of tumors to increased local invasion and distant metastasis. Cancer Cell 15 220-31 (2009)

 

13. Inoue M, Hager JH, Ferrara N, Gerber HP, Hanahan D. VEGF-A has a critical, nonredundant role in angiogenic switching and pancreatic beta cell carcinogenesis. Cancer Cell 1 193-202 (2002)