臨床検体のシングルセル解析による大腸癌幹細胞の代謝機構の解明

通过临床样本的单细胞分析阐明结直肠癌干细胞的代谢机制

• 批准号: 21K08777
• 负责人: 板倉 弘明
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K08777/
• 关键词: 初代培養; 大腸癌; 癌幹細胞; 代謝; 代謝機構; シングルセル解析

癌幹細胞とは、自己複製能、多分化能、造腫瘍能を有する少数の癌細胞集団で、治療抵抗性を示し、再発や転移の原因となるため、癌幹細胞を治療標的とする研究が数多くなされてきた。本研究では、特に癌幹細胞独特の代謝機構に注目することとした。癌細胞周囲の微小環境も血流や、酸素バランス、栄養供給の観点から癌幹細胞の代謝活動には重要と考えられるため、細胞株や単離癌細胞ではなく、癌組織をヌードマウスに移植するPDXモデルを作製して癌細胞とそれを取り巻く微小環境について併せて評価することとした。PDXモデルは間質成分も含んでおり、体内での腫瘍微小環境を再現しているため、微小環境からの影響が大きい代謝機構を評価するのに最も適したモデルと考えた。我々は大腸癌患者の癌組織を採取し、PDXを作製し、4例の大腸癌患者由来の正常大腸粘膜、癌組織、マウスから回収したPDXをそれぞれn=2でRNA-seqに提出して検討したところ、癌組織とPDXの間で目立った代謝分子の変動はみられなかった。癌幹細胞性を高めるにはマウスPDXをマウスに継代してゆくserial transplantation法があるが、相当の時間を要するため、マウスの腫瘍を裁断してスフェロイド培養する方法を試みた。癌細胞をマトリゲルの上に撒く、あるいはマトリゲルの中に埋め込むなどいろいろな培養条件について実験を繰り返し、最終的に安定してスフェロイドを培養して、セルライン化もして凍結保存する方法を確立した。症例を8例に増やし、正常、癌組織、PDX、スフェロイドを各2サンプルずつRNA-seqに提出して解析した結果、解糖系、ミトコンドリア酸化、オートファジーなどの代謝関連分子のうち、解糖系、ミトコンドリア酸化関連分子の変動は僅かであったが、オートファジー関連分子群はダイナミックに大きく変動した。

Cancer stem cells have the ability to replicate, differentiate, and proliferate. There are a few cancer cell populations, and many studies showing why cancer stem cells are resistant to therapy and why they migrate. Cancer stem cells are therapeutic targets. This study focuses on the unique metabolic mechanisms of cancer stem cells. The microenvironment surrounding cancer cells includes blood flow, nutrient supply, and metabolic activities of cancer stem cells. Cell lines and cancer tissues are isolated from cancer cells. PDX is used to control and evaluate cancer cells in microenvironment. PDX is the most suitable medium for evaluating the metabolic mechanism of tumor in vivo. In addition, PDX was detected in 4 patients with colorectal cancer from normal colorectal mucosa and cancer tissues. Cancer stem cells are highly differentiated. The method of culture and freezing of cancer cells was established. 8 cases were included in this study, including normal tissue, cancer tissue, PDX, and tumor cells. The results of RNA-seq analysis were presented. The changes of metabolism-related molecules in glycan system, glucose system, and acid-related molecules in glycan system were analyzed.