悪性腫瘍新規治療法開発研究部

悪性骨軟部腫瘍は、小児・若年者(AYA世代)を中心に発症する希少がんです。その中でも、骨肉腫は有効な分子標的が発見されていないため、5年生存率は30年間60-70%のままです。骨肉腫の死因のほとんどは肺転移によるので、肺転移に対する新規治療法の確立が切望されています。当研究部門では、現在は骨肉腫細胞の肺転移初期の増殖メカニズムについて研究を行っています。

悪性腫瘍が肺のような遠隔臓器に転移するとき、①原発巣から周辺組織への浸潤・原発巣からの離脱→②周囲リンパ管・血管へ侵入→③リンパ流・血流内での生存→④遠隔臓器の血管床への付着→⑤血管からの脱出・遠隔臓器への侵入→⑥遠隔臓器内での生着・増殖、という複数のステップを踏みます。

私たちは、骨肉腫肺転移のメカニズムや薬剤の転移抑制効果をマウス骨肉腫肺転移モデル(LM8-Dunnマウスモデル)を用いて研究しています。このモデルは、化学発癌によりC3Hマウスに発生した骨肉腫から樹立された細胞株Dunnを用いて、Fidler-Poste法によって高肺転移株LM8を樹立することで作成されました。このモデルでは、C3Hマウスに皮下移植すると親株Dunn細胞は腫瘤を形成しますが肺転移を起こしません。一方で、LM8細胞は腫瘤を形成するとともに3-4週間で広範な肺転移を生じます。

これまでの研究内容は下記の通りです。

骨肉腫の細胞運動メカニズムと転移抑制

骨肉腫の高肺転移性にはCdc42活性が関与している可能性があることを見出しました。骨肉腫高肺転移株LM8ではCdc42活性依存的に細胞運動が亢進し、樹状突起の形成に依存する細胞運動を行います。また、トポイソメラーゼI阻害剤(イリノテカン)によってCdc42活性を抑制すると、細胞運動を抑制し、動物実験で肺転移が抑制されました。その他に、骨肉腫が産生する血管内皮細胞増殖因子(VEGF)には、転移骨肉腫細胞が血管内から肺組織へ侵入する際に血管内皮細胞に隙間を開ける働きがあることや、間葉系幹細胞の骨分化初期にはCdc42やRac1の活性化によって遊走能が高まることなどを報告しています。

また、微小管阻害剤(エリブリン)は、微小管形成を阻害しAPC分子による接着斑ターンオーバーを阻害することで細胞運動抑制し、動物実験モデルでは肺転移を抑制することを報告しました。

細胞外環境の硬さに着目した肺生着メカニズムと転移抑制

近年の研究で、腫瘍細胞の周りの環境(腫瘍外環境)が腫瘍細胞の性質に与える影響は、遺伝子変異など腫瘍の内的原因と同程度であることが明らかになっています。腫瘍外環境は、免疫細胞や線維芽細胞などの浸潤細胞と細胞外マトリックなど多様な要素で構成されています。2000年代に入り工学的実験手法によって、硬さなどの腫瘍外環境の物理的性質も、腫瘍外環境の多様性を構成し、腫瘍細胞の性質に大きな影響を与えることが明らかになりました。細胞外環境の硬さが細胞に与える影響を調べる代表的な培養基材は、ポリアクリルアミドゲルですが、細胞接着のためにクロスリンカーが必要となります。私たちはSulfo-SANPAHをクロスリンカーとして用いる従来の作成法を改良し、NHS-AAエステルをクロスリンカーとして用いる作成法を開発しました。NHS-AAエステルを用いた方法では、従来法よりも安定した細胞接着が期待できます。

肺転移が成立するためには、骨肉腫細胞は原発巣から転移巣へ複数の過程を経る必要があります。一般的に、肺組織に到着した腫瘍細胞の中で肺組織内で増殖できるものは1%以下とされます。そのため、肺組織での生着・増殖過程は転移成立の律速段階として重要です。肺転移初期の腫瘍外環境は、軟らかく足場となるコラーゲン線維が少ないという特徴を持っています。私たちは、骨肉腫細胞が肺線維芽細胞を活性化して足場となるコラーゲン線維を増加させることで自らの増殖を促進していること、線維化を抑制すると骨肉腫細胞の肺転移を抑制できることを見出しました。

業績

Yui Y, Itoh K, Yoshioka K, Naka N, Watanabe M, Hiraumi Y, Matsubara H, Watanabe K, Sano K, Nakahata T, Adachi S. Mesenchymal mode of migration participates in pulmonary metastasis of mouse osteosarcoma LM8. Clin Exp Metastasis. 2010 Dec;27(8):619-30.
Ichida M, Yui Y, Yoshioka K, Tanaka T, Wakamatsu T, Yoshikawa H, Itoh K. Changes in cell migration of mesenchymal cells during osteogenic differentiation. FEBS letters. 2011 Dec 15;585(24):4018-24.
Tanaka T, Yui Y, Naka N, Wakamatsu T, Yoshioka K, Araki N, Yoshikawa H, Itoh K. Dynamic analysis of lung metastasis by mouse osteosarcoma LM8: VEGF is a candidate for anti-metastasis therapy. Clin Exp Metastasis. 2013 Apr; 30(4): 369-79.
Mouw JK, Yui Y, Damiano L, Bainer RO, Lakins JN, Acerbi I, Ou G, Wijekoon AC, Levental KR, Gilbert PM, Hwang ES, Chen YY, Weaver VM. Tissue mechanics modulate microRNA-dependent PTEN expression to regulate malignant progression. Nat Med. 2014 Apr; 20(4): 360-7.
Rubashkin MG, Cassereau L, Bainer R, DuFort CC, Yui Y, Ou G, Paszek MJ, Davidson MW, Chen YY, Weaver VM. Force engages vinculin and promotes tumor progression by enhancing PI3K activation of phosphatidylinositol (3,4,5)-triphosphate. Cancer Res. 2014 Sep 1; 74(17): 4597-611.
Nakagawa H, Yui Y, Sasagawa S, Itoh K. Evidence for intrathecal sodium butyrate as a novel option for leptomeningeal metastasis. J Neurooncol. 2018 Aug; 139(1): 43-50.
Watanabe K, Yui Y, Sasagawa S, Suzuki K, Kanamori M, Yasuda T, Kimura T. Low-dose eribulin reduces lung metastasis of osteosarcoma in vitro and in vivo. Oncotarget. 2019 Jan 4;10(2):161-174.
Igarashi K, Yui Y, Watanabe K, Kumai J, Nishizawa Y, Miyaura C, Inada M, Sasagawa S. Molecular evidence of IGFBP-3 dependent and independent VD3 action and its nonlinear response on IGFBP-3 induction in prostate cancer cells. BMC cancer. 2020; 20(1): 802-802
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Yui Y, Kumai J, Watanabe K, Wakamatsu T, Sasagawa S. Lung fibrosis is a novel therapeutic target to suppress lung metastasis of osteosarcoma. Int J Cancer. 2022;1‐13. doi:10.1002/ijc.34008
Wakamatsu T, Ogawa H, Yoshida K, Matsuoka Y, Shizuma K, Imura Y, Tamiya H, Nakai S, Yagi T, Nagata S, Yui Y, Sasagawa S, Takenaka S. Establishment of organoids from human epithelioid sarcoma with the air-liquid interface organoid cultures. Front. Oncol. 2022; 12: 893592.

研究活動