脳転移性エクソソームによる前転移ニッシェの解明

文献情報

文献番号
201313042A
報告書区分
総括
研究課題名
脳転移性エクソソームによる前転移ニッシェの解明
課題番号
H24-３次がん-一般-001
研究年度
平成25(2013)年度
研究代表者(所属機関)
落谷　孝広(独立行政法人国立がん研究センター研究所　分子細胞治療研究分野)
研究分担者(所属機関)
  • 畑田　出穂(群馬大学)
研究区分
厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 第３次対がん総合戦略研究
研究開始年度
平成24(2012)年度
研究終了予定年度
平成25(2013)年度
研究費
16,924,000円
研究者交替、所属機関変更
-

研究報告書（概要版）

研究目的
癌の脳転移は近年増加傾向にある。とりわけ、乳がんでは、ある特定のサブタイプに脳転移を多く認め、その生物学的特性と転移臓器におけるトロピズムの存在が示唆される。近年の分子標的治療薬の進歩により生存期間が延長した癌患者に脳転移は今後頻発すると予測され、我が国において脳転移の治療と管理法の開発は緊急かつ重要な課題である。癌転移のメカニズムには、癌細胞が脳血管関門(BBB)を通過し、脳内で腫瘍を形成できるよう、あらかじめ血管内皮細胞や間質成分などがニッシェ（前転移ニッシェ）を形成することが癌細胞の定着や増殖の最初のプロセスに重要である。本研究の目的は、BBB通過の分子メカニズムや、その前転移ニッシェの分子機構の解明、脳転移機構におけるトロピズムを乳がん細胞の分泌する小胞顆粒であるエクソソームを中心に明らかにすることで、癌の脳転移を予防する新しい方策を開発することである。
研究方法
２年次となる平成２５年度は、おもに脳転移における癌細胞がBBBを通過する仕組みを、細胞間の新たなコミュニケーションツールであるエクソソームの中のmicroRNAを中心に解析する目的で、初年度に樹立した脳に高転移性を示すヒト乳がん細胞株（落谷、小野）の分泌するエクソソームからRNAを抽出し，そのmicroRNAの網羅的発現解析を実施，そのデータを解析することで、BBB破綻を誘導するmicroRNAを同定し，その分子メカニズムを解明する。
結果と考察
エクソソームのmicroRNA網羅的発現解析の結果，脳に高転移する乳がん細胞から分泌されたエクソソームのBBB破壊は，エクソソームにパッケージされた特定のmicroRNA (miR-18X)が脳血管内皮細胞のタイトジャンクションを司る分子を制御する事で，タイトジャンクション，あるいは接着ジャンクションの破綻を誘導する結果を得た。さらにこのBBB破綻のmiR-18Xは、実際の脳転移を有する患者血清中に高い値を示す事も明らかとなり、臨床での実証研究も基礎研究データを支持するものであった。 以上の成果は，高転移の細胞由来のエクソソームにはBBBを破綻させる能力が有る事が示唆された。さらに、血管内皮細胞のタイトジャンクションを形成するoccludin, claudin等, あるいは接着ジャンクションを形成するN-cadherin等の分子の免疫染色を実施した結果，高転移の細胞由来のエクソソーム処理によって，これらの分子の細胞表面の局在が失われることが判明した。従ってエクソソームに由来するmiR-18Xの標的分子群が，これらのジャンクションを制御する分子あるいは関連制御分子である可能性が浮上した。また、国立がん研究センタ－中央病院の乳腺腫瘍科のコホート研究の一部の血清を用いて，ステージ３／４の転移患者のmiR-18Xの量を解析した結果，脳転移を有する患者群で、血清中のmiR-18Xの量が有意に高い事も判明した。以上，エクソソームによって引き起こされるBBB破壊のメカニズムを明らかにするに至るとともに，BBBを破壊するmicroRNAの臨床的意義にまで研究を発展する事が出来た。
結論
転移性乳癌細胞の分泌するエクソソームには、血液脳関門を破壊し，乳がん細胞を脳に転移するし機構が存在する事が示唆された。さらに、こうした現象の原因となりうるエクソソーム中のマイクロRNAの存在も，臨床検体の解析から示唆された事は意義の有る研究成果であり，今後診断，治療に向けた発展が期待される。

公開日・更新日

公開日
2015-09-02
更新日
-

文献情報

文献番号
201313042B
報告書区分
総合
研究課題名
脳転移性エクソソームによる前転移ニッシェの解明
課題番号
H24-３次がん-一般-001
研究年度
平成25(2013)年度
研究代表者(所属機関)
落谷　孝広(独立行政法人国立がん研究センター研究所　分子細胞治療研究分野)
研究分担者(所属機関)
  • 畑田　出穂(群馬大学)
研究区分
厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 第３次対がん総合戦略研究
研究開始年度
平成24(2012)年度
研究終了予定年度
平成25(2013)年度
研究者交替、所属機関変更
-

研究報告書（概要版）

研究目的
本研究の目的は、乳がん細胞の血液脳関門(BBB)通過の分子メカニズムや、その前転移ニッシェの分子機構の解明、脳転移機構におけるトロピズムを乳がん細胞の分泌する小胞顆粒であるエクソソームを中心に明らかにすることで、癌の脳転移を予防する新しい方策を開発することである。平成２４年度は、おもに脳転移における癌細胞がBBBを通過する仕組みを、細胞間の新たなコミュニケーションツールであるエクソソームの本体解明を中心に解析する目的で、脳に高転移性を示すヒト乳がん細胞株を樹立し、この乳がん細胞株が分泌するエクソソームがBBBにどのような影響を与えるかを解析した。その結果，脳に高転移する乳がん細胞から分泌されたエクソソームが，BBBの機能を破壊し，もともとBBBを通過しないはずの低転移乳がん細胞をBBB通過させうることがわかった。
研究方法
平成２４年度は、おもに脳転移における癌細胞がBBBを通過する仕組みを、細胞間の新たなコミュニケーションツールであるエクソソームの本体解明を中心に解析する目的で、脳に高転移性を示すヒト乳がん細胞株を樹立し（落谷、小野）、この乳がん細胞株が分泌するエクソソームがBBBにどのような影響を与えるかを、BBBの電気抵抗値の測定による破壊の有無の判定およびBBBの本質である脳血管内非細胞の形成するタイトジャンクションへの影響を免疫組織学的に解析する方法を選択した。
２年次となる平成２５年度は、おもに脳転移における癌細胞がBBBを通過する仕組みを、エクソソームの中のmicroRNAを中心に解析する目的で、初年度に樹立した脳に高転移性を示すヒト乳がん細胞株（落谷、小野）の分泌するエクソソームからRNAを抽出し，そのmicroRNAの網羅的発現解析を実施，そのデータを解析することで、BBB破綻を誘導するmicroRNAを同定し，その分子メカニズムを解明した。
結果と考察
平成２５年度は、初年度に引き続き、脳転移におけるがん細胞がBBBを通過する仕組みをエクソソーム中のmicroRNA解明を中心に解析することで、この乳がん細胞株が分泌するエクソソームがBBB破綻を誘導するメカニズムを解析した。その結果，脳に高転移する乳がん細胞から分泌されたエクソソームのBBB破壊は，エクソソームにパッケージされた特定のmicroRNA (miR-18X)が脳血管内皮細胞の細胞間接着を司る分子を制御する事で，タイトジャンクション，あるいは接着ジャンクションの破綻を誘導する結果を得た。さらにこのBBB破綻のmiR-18Xは、実際の脳転移を有する患者血清中に高い値を示す事も明らかとなり、臨床での実証研究も基礎研究データを支持するものであった。
結論
脳への高い転移性を有する乳癌細胞の分泌するエクソソームには、血液脳関門を破壊し，乳がん細胞を脳に転移するし機構が存在する事が示唆された。さらに、こうした現象の原因となりうるエクソソーム中のマイクロRNAの存在も，臨床検体の解析から示唆された事は意義の有る研究成果であり，今後はこうした転移性エクソソームの診断が乳がん患者の治療方針決定の上で有効であるかどうかを判断するとともに、転移性エクソソームを抑制する治療戦略が脳転移阻止のための新規治療法となるかどうかを検討するための基盤データを獲得する事が出来た。

公開日・更新日

公開日
2015-09-02
更新日
-

行政効果報告

文献番号
201313042C

成果

専門的・学術的観点からの成果
本研究の目的は、乳がん細胞の血液脳関門(BBB)通過や前転移ニッシェの分子メカニズムの解明を、乳がん細胞の分泌する小胞顆粒であるエクソソームを中心に明らかにすることで、癌の脳転移を予防する新しい方策を開発することである。成果としては、脳に高転移する乳がん細胞から分泌されたエクソソームがBBB破壊の本態であり、エクソソームにパッケージされた特定のmicroRNA (miR-18X)が脳血管内皮細胞の細胞間接着を司る分子を制御する事で、密着結合、あるいは接着結合の破綻を誘導する結果を得た。
臨床的観点からの成果
国立がん研究センタ－中央病院の乳腺腫瘍科のコホート研究の一部の血清を用いて、ステージ３／４の転移患者のmiR-18Xの量を解析した結果、脳転移を有する患者群で、本研究成果の血清中のmiR-18Xの量が有意に高い事も判明した。こうした現象の原因となりうるエクソソーム中のマイクロRNAの存在も、臨床検体の解析から示唆された事は意義の有る研究成果であり、今後診断、治療に向けた発展が期待される。
ガイドライン等の開発
特記事項無し
その他行政的観点からの成果
特記事項無し
その他のインパクト
NHKニュース（4/1）、日経バイオテク（4/14）、日本経済新聞朝刊（6/8）

発表件数

原著論文（和文）
0件
原著論文（英文等）
22件
その他論文(和文)
0件
その他論文(英文等)
0件
学会発表(国内学会)
25件
学会発表(国際学会等)
4件
その他成果(特許の出願)
0件
その他成果(特許の取得)
0件
その他成果(施策への反映)
0件
その他成果(普及・啓発活動)
0件

特許

特許の名称
癌脳転移の新規診断治療法
詳細情報
分類:
特許番号: PCT/JP2015/000906
発明者名: 落谷孝広、富永直臣
権利者名: 株式会社ジーンテクノサイエンス テオリアサイエンス株式会社
出願年月日: 20150224

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限ります。

原著論文1
Thirion M, Ochiya T.
Extracellular microRNAs as potential biomarkers and therapeutic tools in cancer. In: López-Camarillo C, Marchat LA (eds), MicroRNAs in Cancer.
USA, CRC Press , 308-332  (2013)
原著論文2
Uchino K, Ochiya T, Takeshita F.
RNAi therapeutics and applications of microRNAs in cancer treatment.
Jpn J Clin Oncol , 43 , 596-607  (2013)
原著論文3
20. Uchino K, Takeshita F, Takahashi RU, et al.
Therapeutic Effects of MicroRNA-582-5p and -3p on the Inhibition of Bladder Cancer Progression.
Mol Ther , 21 , 610-619  (2013)
原著論文4
Tominaga N, Kosaka N, Ono M,et al.
Brain metastatic cancer cells release microRNA-181c-containing extracellular vesicles capable of destructing blood-brain barrier.
Nat Commun. , 6 , 6716-  (2015)
10.1038/ncomms7716.

公開日・更新日

公開日
2015-09-02
更新日
-

収支報告書

文献番号
201313042Z
報告年月日

収入

(1)補助金交付額
22,000,000円
(2)補助金確定額
22,000,000円
差引額 [(1)-(2)]
0円

支出

研究費 (内訳) 直接研究費 物品費 10,788,899円
人件費・謝金 1,904,538円
旅費 191,720円
その他 4,038,843円
間接経費 5,076,000円
合計 22,000,000円

備考

備考
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公開日・更新日

公開日
2015-10-14
更新日
-