2023年10月24日 國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人國(guó)立癌癥研究中心

發(fā)表要點(diǎn)

• Kras變異小鼠顯示，在以結(jié)腸炎為背景的大腸腫瘤中，Cdkn2a和Trp53等衰老相關(guān)基因容易發(fā)生變異。 研究表明，在炎癥癌微環(huán)境中高表達(dá)的TNFα能促進(jìn)獲得衰老相關(guān)基因變異的腫瘤細(xì)胞的增殖。 本研究成果今后可能有助于開(kāi)發(fā)伴有慢性炎癥的大腸癌的個(gè)體化治療。

概要

國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人國(guó)立癌癥研究中心(理事長(zhǎng):中釜齊，東京都中央?yún)^(qū))研究所(所長(zhǎng):間野博行)的武田春分子遺傳學(xué)單元長(zhǎng)等人的小組，利用老鼠生物體內(nèi)篩選的方法，研究了與具有Kras (注1 )變異的結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤的形成相關(guān)的基因和錫 此外，通過(guò)詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，炎癥細(xì)胞因子TNFα(注2 )在結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤的形成中成為促進(jìn)衰老相關(guān)基因變異的選擇壓力(注3 )。 進(jìn)行了更詳細(xì)的討論，在小鼠模型中顯示了抑制劑對(duì)由Cdkn2a變異(注4 )激活的CDK4 /6(注5 )有效的可能性。 本研究成果今后可能有助于開(kāi)發(fā)伴有慢性炎癥的大腸癌的個(gè)體化治療。 本研究成果于2023年10月16日刊登在國(guó)際科學(xué)雜志《Nature Communications》上。

背景

日本的大腸癌死亡人數(shù)在癌癥整體死亡人數(shù)中占第二位。 大家都知道大腸癌有各種亞型，高表達(dá)炎癥細(xì)胞因子的大腸癌預(yù)后較差。 另外，潰瘍性結(jié)腸炎的患者患大腸癌的風(fēng)險(xiǎn)很高也是眾所周知的。 這樣，大家都知道大腸癌的發(fā)生和發(fā)展是由慢性炎癥促進(jìn)的，但其根本的分子機(jī)制還有不明之處。 本研究的目的是為了明確具有Kras變異的結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤是如何形成的，全面鑒定與癌癥形成相關(guān)的基因和信號(hào)通路，闡明分子機(jī)制。

研究方法

本研究利用可在小鼠大腸上皮細(xì)胞中隨機(jī)引起基因變異的SB轉(zhuǎn)座子(注6 )和結(jié)腸炎模型小鼠(注7 )，全面鑒定了結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤形成的相關(guān)基因和信號(hào)通路。 篩選利用了具有致突變性的轉(zhuǎn)座子和轉(zhuǎn)座子轉(zhuǎn)移酶嵌入基因組中的小鼠。 此外，還利用了具有大腸癌的主要駕駛員基因變異KrasG12D變異、TGFb二型受體缺失變異、p53R270H變異的小鼠。 將這些小鼠雜交，制成復(fù)合變異小鼠( K-SB、KT-SB、KP-SB、P-SB )，為了誘發(fā)結(jié)腸炎而給予DSS (葡聚糖硫酸鈉鹽) (圖b )。 摘除形成的腫瘤，鑒定了參與腫瘤形成的候選基因。 并且，為了明確詳細(xì)的癌癥發(fā)生機(jī)制，從野生型小鼠和KrasG12D變異小鼠的大腸上皮建立了有機(jī)物質(zhì)，添加TNFa等細(xì)胞因子后，進(jìn)行了表達(dá)分析和增殖分析等。 最后，向小鼠投與被認(rèn)為參與本研究癌癥發(fā)生機(jī)制的藥劑，驗(yàn)證了其有效性。

a.用于sb生物體內(nèi)篩查的復(fù)合變異小鼠概述

b .誘導(dǎo)結(jié)腸炎的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究結(jié)果

結(jié)腸炎小鼠與非炎癥小鼠相比壽命縮短(圖1a )，另外，形成了很多尺寸大的腫瘤(圖1b )。 該結(jié)果表明，小鼠模型也能再現(xiàn)結(jié)腸炎促進(jìn)腫瘤形成。

圖1 .結(jié)腸炎對(duì)腫瘤形成的影響

a .結(jié)腸炎縮短K-SB小鼠壽命

b .結(jié)腸炎促進(jìn)腫瘤形成

為了鑒定參與腫瘤形成的責(zé)任基因，以腫瘤基因組中的轉(zhuǎn)座子序列為線(xiàn)索，利用新建立的信息分析管道確定轉(zhuǎn)座子高頻度插入部位，鑒定了其附近的1，459個(gè)癌癥相關(guān)基因。 接著，探索在結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤中被發(fā)現(xiàn)變異頻率較高的基因，得到了細(xì)胞老化相關(guān)基因相關(guān)的結(jié)果(圖2a )。 這一趨勢(shì)在初期腫瘤中也是如此(圖2b )，可見(jiàn)在炎癥微環(huán)境中形成的腫瘤傾向于獲得與在非炎癥微環(huán)境中形成的情況部分不同的基因變異。

圖2 .結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤中變異頻率高的基因

a. 結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤和非炎癥腫瘤中Wnt、TGFb、細(xì)胞衰老途徑基因和粘附結(jié)合基因突變頻率
b. 早期腫瘤中Cdkn2a的變異頻率

圖3. TNFa對(duì)大腸上皮細(xì)胞的影響

a. 小鼠大腸桿菌素中添加TNFa可上調(diào)p16和p19的表達(dá)
b. 小鼠大腸有機(jī)物質(zhì)中添加TNFa可上調(diào)大腸上皮干細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)
c.KrasG12D變異Cdkn2a基因敲除有機(jī)物質(zhì)中，TNFa促進(jìn)細(xì)胞增殖
d.  KrasG12D:Trp53R270H變異有機(jī)物質(zhì)中，TNFa促進(jìn)細(xì)胞增殖

光柵尺為0.5 mm

詳細(xì)分析顯示，TNFa在大腸上皮細(xì)胞中激活細(xì)胞衰老信號(hào)(圖3a )，同時(shí)誘導(dǎo)干細(xì)胞多樣化(注8 ) (圖3b )。 細(xì)胞衰老信號(hào)是已知的抑制腫瘤形成的信號(hào)通路。 發(fā)現(xiàn)在這種狀態(tài)下，如果變異進(jìn)入細(xì)胞老化路徑基因的Cdkn2a和Trp53基因，就會(huì)促進(jìn)細(xì)胞增殖(圖3c、d )。 這些結(jié)果表明，在TNFa高表達(dá)的癌癥微環(huán)境中，細(xì)胞衰老途徑基因有變異的細(xì)胞有利于增殖。 我們認(rèn)為Cdkn2a變異會(huì)激活CDK4 /6，因此我們用小鼠驗(yàn)證了CDKCDK4 /6抑制劑帕博昔布是否對(duì)結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤有效果。 給藥6周，結(jié)腸炎相關(guān)腫瘤模型小鼠的壽命明顯延長(zhǎng)，表明有效果(圖4 )。

圖4 .帕瑞昔布治療實(shí)驗(yàn)

帕瑞昔布延長(zhǎng)結(jié)腸炎相關(guān)荷瘤小鼠模型壽命(右圖黑線(xiàn))

展望

本研究的結(jié)果表明了伴有慢性炎癥的大腸癌的部分發(fā)生機(jī)制。 今后，以本研究為基礎(chǔ)，將推進(jìn)面向治療開(kāi)發(fā)的研究，將來(lái)有可能對(duì)伴隨慢性炎癥的大腸癌治療中的個(gè)別化醫(yī)療的開(kāi)發(fā)有所幫助。

論文信息

雜志名稱(chēng)

Nature Communications

標(biāo)題

Sleeping Beauty transposon mutagenesis identified genes and pathways involved in inflammation-associated colon tumor development

作者

Kana Shimomura, Naoko Hattori, Naoko Iida, Yukari Muranaka, Kotomi Sato, Yuichi Shiraishi, Yasuhito Arai, Natsuko Hama, Tatsuhiro Shibata, Daichi Narushima, Mamoru Kato, Hiroyuki Takamaru, Koji Okamoto and Haruna Takeda

DOI

10.1038/s41467-023-42228-z     

刊登日期

2023年10月16日

URL

https://www.nature.com/articles/s41467-023-42228-z（外部サイトにリンクします）

研究費(fèi)

• Japan science and technology agency ( jst ) 突發(fā)性研究支持事業(yè)/大腸癌轉(zhuǎn)移機(jī)制的闡明 國(guó)立癌癥研究中心研究開(kāi)發(fā)費(fèi) 致癌生物學(xué)領(lǐng)域/癌癥相關(guān)基因生物體內(nèi)篩查的研究基礎(chǔ)完善 Japan health research promotion bureau ( JH ) 加快6NC生命醫(yī)學(xué)研究構(gòu)建迷你器官-生物醫(yī)學(xué)技術(shù)合作基礎(chǔ) https://www.Japan health.jp/project/research/2022/02.html (鏈接到外部站點(diǎn)) Japan agency for medical research and development ( amed ) 新一代癌癥醫(yī)療加速化研究事業(yè)/使用遺傳學(xué)方法的大腸癌治療靶點(diǎn)的全面探索 日本學(xué)術(shù)振興會(huì) 科研經(jīng)費(fèi)資助工作 采用小鼠模型的順遺傳學(xué)方法鑒定新大腸癌治療靶點(diǎn)和功能驗(yàn)證

用語(yǔ)解説

（注1）Kras

編碼細(xì)胞增殖信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)分子的基因。 在癌癥組織中，頻繁出現(xiàn)第12個(gè)氨基酸甘氨酸( g )被天冬氨酸( d )置換的活化型點(diǎn)變異( KrasG12D )。

（注2）TNFa

炎癥細(xì)胞因子之一。 在炎癥性癌癥微環(huán)境中高表達(dá)的情況較多。

(注3 )選擇壓力

細(xì)胞が遺伝子変異を選択し、ある方向に進(jìn)化する際に働く力のこと。がん形成過(guò)程では、増殖能獲得や、生存に有利になる方向に細(xì)胞は進(jìn)化する。

（注4）Cdkn2a

抑癌基因。 通過(guò)閱讀框不同的剪接，表達(dá)p16和p19 (人類(lèi)中為p14 )這兩個(gè)蛋白質(zhì)。 p16是阻礙周期素依賴(lài)性激酶4的分子，p19是阻礙MDM2引起的抑癌基因p53分解的分子。

（注5）CDK4 /6

周期素依賴(lài)性激酶4 /6。 與周期素d結(jié)合促進(jìn)細(xì)胞周期。

（注6）SB轉(zhuǎn)座子生物體內(nèi)篩查

使具有致突變性的SB轉(zhuǎn)座子在小鼠體細(xì)胞中隨機(jī)移動(dòng)，誘發(fā)基因插入變異，形成腫瘤。 一種利用它鑒定腫瘤基因組中轉(zhuǎn)座子高頻插入位點(diǎn)，全面鑒定腫瘤形成相關(guān)基因的方法。 這是一個(gè)可以在人類(lèi)癌癥中發(fā)現(xiàn)變異的基因被鑒定出來(lái)等，人類(lèi)癌癥的再現(xiàn)性很好的模型體系。

（注7）結(jié)腸炎模型小鼠

向小鼠給予葡聚糖硫酸鈉鹽( DSS )制成。 會(huì)導(dǎo)致上皮損傷和潰瘍

（注8）干細(xì)胞多樣化

本研究表明，大腸上皮干細(xì)胞標(biāo)志基因組處于高表達(dá)細(xì)胞狀態(tài)。 一般來(lái)說(shuō)，癌癥干細(xì)胞具有自我復(fù)制能力，被視為癌癥的起源細(xì)胞。

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