課題番号：２６指００１
研究課題名：幹細胞ニッチの低酸素制御の研究
主任研究者名 ：田久保 圭誉
キーワード ：造血幹細胞、幹細胞ニッチ、低酸素応答、メタボロミクス、白血病幹細胞
研究成果：
組織幹細胞は自己複製能と多分化能を持つ細胞集団で、多くの臓器の組織発生や恒常性維持に寄与する。組織幹細胞の数や機能の異常は、各種の疾患発症や老化に伴う臓器や個体の機能低下につながると考えられている。また、組織幹細胞は再生医療に不可欠の細胞ソースであることから、人為的な操作・増殖技術の確立は重要な課題である。組織幹細胞の性質(幹細胞性と呼ばれる)を規定する転写因子ネットワークは、幹細胞に特有の生物現象(自己複製、非対称分裂、静止期維持、分化、遊走、ニッチへのホーミングなど)を実行する際に必要なエネルギーや代謝物を供給する代謝プログラムを起動する。
近年、主任研究者らは低酸素環境である骨髄に存在する造血幹細胞の解析から、組織幹細胞特有の代謝特性とそれを維持する分子機構がニッチに存在していることを見出してきた。しかし、その分子機構や、病態における変容や意義、標的治療・診断技術開発としての有用性は不明である。本研究課題においては定常状態とストレス下の造血幹細胞における代謝特性とそれを維持するニッチの分子機構を解明することでこれらの問題の解決を図り、新規の診断・治療法に寄与しうる知見を見出すことを目指すものである。本年度はこの研究計画の一部として、特に下記（１）の研究成果を得た：（１）慢性骨髄性白血病の微小残存病変候補分画を同定した。がんの薬物療法が目指す理想的なゴールは、がん細胞を患者の体内から根絶して、再発の恐れがない状態で投薬を完了することである。このゴールを達成するには、「再発しない状態」を科学的に定義し、患者ごとに安全に治療終了できるタイミングを臨床医が判断することが必要である。つまり、再発の原因となる微小残存病変(minimalresidual disease; MRD)の検出技術の実現化はその過程に不可欠であるといえる。しかし、これまで MRDの評価に基づいて「再発しない状態」を高い確度で判断するための方法論とそのための診断技術は臨床には実装されていないのが現状である。慢性骨髄性白血病（CML）は、t(9；22)転座による BCR-ABL融合遺伝子が原因であり、発症や維持過程では白血病幹細胞と呼ばれる多分化能をもった少数の細胞に依存している。現在、CML は BCR-ABL の恒常的チロシンキナーゼ活性に対する阻害薬（tyrosinekinase inhibitor：TKI）により効果的な治療が可能となった。しかし、TKI が標的とするのは主に分化した CML 細胞であり、TKI 耐性を持つ CML 幹細胞が MRD として存在する症例が存在するため、TKIの服用を中止した後に分子学的完全寛解を維持できるのは半数未満である(Lancet Oncol 2010)。そこで、TKI 治療を最終的に完了するための判断基準―MRD の高感度検出法―をもたらす技術と、白血病幹細胞活性を持つ MRD を撃破する CML 根治療法の開発が求められている。主任研究者のグループはこれまでに IL-2/CD25 シグナルは CML の MRD の診断・治療標的候補となることを見出したが(Kobayashi &Takubo et al. Blood 2014)、なおも CD25 発現の CML 病態における臨床的な意義については未確定だった。主任研究者は、慶應義塾大学病院血液内科との共同研究で、CML 患者骨髄における CD25 発現を検討した結果、CML 幹細胞分画の CD25 蛋白の細胞表面の発現が初発時に高く、TKI 加療後に低下し、分子学的寛解後も CD25 を発現する未分化細胞分画が残存することを見出しており、これを指標にすることで MRD を評価できる可能性を見出した。今後は、様々な治療段階にある CML 患者から経時的に採取される骨髄検体を用いて、CML 幹細胞分画における CD25 の発現と t(9；22)転座の有無、BCR-ABLトランスクリプトの発現、そして病態との連関を単一細胞レベルのゲノム・トランスクリプト解析を通じて検証し、未分化血液細胞分画内に残存する MRD が検出される頻度や性状を評価する予定である。
本研究開発を通じて CML 幹細胞活性を持つ MRD の生物学的特性の解析と患者ごとに個別化した MRD検出法を開発して、CML の治療完結のための科学的な判断基準を提供するための基盤技術を確立する。
以上の知見は、今後様々な病態の診断・治療法への示唆を与えるだけではなく、白血病存在下で健気に造血を続ける正常な造血幹細胞の防護策の策定にも寄与する基盤的な知見であると考えている。本研究は慶應義塾大学病院との共同研究として両施設において倫理委員会の承認のもと実施している。

Subject No.

：26-001(Project research)

Title：Elucidation of stem cell niche regulation by the hypoxia-response system

Researchers ：Keiyo Takubo (Project director, Department of Stem Cell Biology, ResearchInstitute, National Center for Global Health and Medicine)
Key word：hematopoietic stem cell, stem cell niche, hypoxia response, metabolomics, leukemicstem cell
Abstract：

Tissue stem cells exhibit a variety of characteristics, including self-renewal capacity anddifferentiation ability into multiple cell types, stress resistance, and drug efflux activity. Thesespecific biological characteristics (or so-called “stemness”) are supported by signals from thesurrounding niche and the stem cell-specific transcription factor set, including hypoxia and themachinery that senses low oxygen levels. These properties are essential for normal stem cells, andwhen defective may induce cellular senescence and tumorigenesis. Hematopoietic stem cells(HSCs) depend on the bone marrow (BM) niche for their maintenance, proliferation, anddifferentiation. Recent studies using metabolomics technologies reveal that metabolic regulation
plays an essential role in HSC maintenance. Metabolic pathways provide energy and building
blocks for other factors functioning at steady state and in stress. In this project research, we will
focus on the metabolic regulation of HSC system that maintains lifelong hematopoiesis. We
especially investigated the following topic (I) in FY2017.
(I) Chronic myeloid leukemia (CML) is a clonal HSC disorder characterized by the t(9;22) (q34;q11)
reciprocal translocation called the Philadelphia (Ph) chromosome, which produces the BCR-ABL
fusion protein that functions as a constitutively active tyrosine kinase for cellular proliferation.
Although tyrosine kinase inhibitors (TKIs) have dramatically improved prognosis of CML patients,
discontinuation of TKI can result in disease recurrence in more than half of patients who achievemolecular remission. Because CML leukemic stem cells (LSCs), which are defined as quiescentCD34+CD38- CML cells, are thought insensitive to TKI therapy and underlie disease recurrence, agreater understanding of CML-LSCs is essential for devising complete cure therapy. Varioussurface markers expressed on CML stem and progenitor cells (SPCs; CD34+CD38- fraction) at
diagnosis are not expressed on normal HSCs. Among them, we and others have reported thatCD25 functions as a CML-SPC surface marker at diagnosis in patients and in mouse models.
However, little is known about how surface markers such as CD25 reflect pathogenesis in patientswith CML and whether they are useful to evaluate minimal residual disease (MRD) with LSC
potential following TKI therapy. To address this issue, we analyzed bone marrow (BM) samples
from CML patients and identify the significance of CD25, a surface marker highly expressed in
CML-SPC at diagnosis. In patients who achieved molecular remission, we observed the residualCD25-positive cells in the SPC fraction at variable frequencied. These analysis provide thestrategy to identify and eradicate MRD in CML BM.

26指001 幹細胞ニッチの低酸素制御の研究（主任研究者：田久保圭誉）

慢性骨髄性白血病幹細胞の微小残存病変の探索【背景】慢性骨髄性白血病(chronicmyeloid leukemia; CML)を対象として，ニッチに存在する微小残存病変（
minimal residual disease; MRD）の研究を進めている．CMLは白血病幹細胞と呼ばれる多分化能をもった少数の細胞に依存している．現在、CMLはBCRABLを阻害するチロシンキナーゼ阻害剤(tyrosine kinase inhibitor; TKI)による治療で予後が大きく改善されてた．しかし，TKIに耐性を持つCML幹細胞がMRDとして存在するためTKI中止後に分子学的完全寛解を維持できるのは半数未満の症例にとどまっている．私たちはその中でもIL-2受容体α鎖(CD25)のCML幹細胞における発現を同定し，CML病態における機能解析と，臨床検体における検討を続けてきた．

CMLにおけるCD25シグナル

26指001 幹細胞ニッチの低酸素制御の研究（主任研究者：田久保圭誉）

慢性骨髄性白血病幹細胞の微小残存病変の探索【方法】CML患者のTKI治療効果判定に，定期的な骨髄細胞を用いた厳密な検索を実施している世界でも稀少な施設である慶應義塾大学病院血液内科の協力を得て検体供給体制を確立した上で骨髄CML未分化細胞分画におけるCD25の発現検討と性状解析を行っている．
【結果】CD25の発現はTKI加療後に低下するが，分子学的寛解後もCD25を発現する未分化細胞分画が残存する患者が存在することを見出している．また，
CD25は初発検体では白血病幹細胞性を強く有していた．すなわちCD25を指標にしたMRD評価の可能性を示唆している．

研究発表及び特許取得報告について

課題番号：

２６指００１

研究課題名： 幹細胞ニッチの低酸素制御の研究
主任研究者名：

田久保圭誉

論文発表
論文タイトル

著者

掲載誌

掲載号

年

IizukaHishikawa Y,
Hishikawa D,
Sasaki J,
Lysophosphatidic acid acyltransferase 3 Takubo K, Gototunes the membrane status of germ cells M, Nagata K,
by incorporating docosahexaenoic acid
Nakanishi H,
during spermatogenesis..
Shindou H,
Okamura T, Ito
C, Toshimori
K, Sasaki T,
Shimizu T.

J Biol Chem.

292:1206512076.

2017

Metabolic regulation of hematopoietic
Karigane D,
and leukemic stem/progenitor cells under
Takubo K.
homeostatic and stress conditions.

Int J Hematol.

106:18-26.

2017

Use of Imaging Techniques to Illuminate
Morikawa T,
Dynamics of Hematopoietic Stem Cells andTakubo K.
Their Niches.

Front Cell DevBiol.

5:62.

2017

Tokumoto Y,
Quiescence of adult oligodendrocyte
Tamaki S, Kabeprecursor cells requires thyroid hormone
Y, Takubo K,
and hypoxia to activate Runx1.
Suematsu M.

Sci Rep.

7:1019.

2017

Nakata Y, Ueda
T, Nagamachi
A, Yamasaki N,
Ikeda KI, Sera
Y, Takubo K,
Acquired expression of CblQ367P in mice
Kanai A, Oda
induces dysplastic myelopoiesis
H, Sanada M,
mimicking chronic myelomonocytic
Ogawa S, Tsuji
leukemia.
K, Ebihara Y,
Wolff L, Honda
ZI, Suda T,Inaba T,*Honda H.

Blood.

129:2148-2160.

2017

学会名場所

年月学会発表タイトル発表者

Metabolic regulation of hematopoietic
stem cell during stressKeiyo Takubo

JSPS-NUS Joint
2nd symposium

熊本

2018年1月

旅する造血幹細胞を支える代謝学的基盤

田久保 圭誉CONBIO2017神戸2017年12月

研究発表及び特許取得報告について“4次元生体リモデリング”～造血幹細胞研
田久保 圭誉究の最新の状況～

JST-CRDSライフサ
イエンス・臨床医
学分野“恒常性”
区分俯瞰ワーク
東京
ショップ 「４次元生体リモデリン
グ」

2017年11月

Aging Program of Hematopoietic StemCells

Keiyo Takubo

Cell Press
LabLinks

東京

2017年11月

Keiyo Takubo

The 27th Hot
Spring Harbor
InternationalSymposium

福岡2017年11月

造血幹細胞の代謝プログラムを規定する分子田久保 圭誉機構

第14回レドックス・ライフイノ
仙台
ベーションシンポジウム2017年10月

異常造血と幹細胞ニッチ

田久保 圭誉

第79回日本血液学会学術集会教育講 東京演2017年10月

ニッチによる造血幹細胞の代謝制御と応用

田久保 圭誉東京医科歯科大学
難治疾患研究所セ 東京ミナー

2017年9月

p38α protects hematopoietic
stem/progenitor cells in acute and aging Keiyo Takubo
stressesScientific
Working Group,
22nd Congress ofMadridEuropean
Hematology
Association2017年6月

Transcriptional and metabolic programfor hematopoietic stem cell aging

Keiyo Takubo

Tohoku Forum for
Creativity
Thematic Program
仙台“Aging Science:from Molecules toSociety”

2017年5月

造血幹細胞ニッチの動的制御～ストレス応答
田久保 圭誉とエイジング～慶應義塾大学医学部血液内科セミ東京ナー

2017年5月

造血幹細胞のストレス応答とエイジング

東京大学分子細胞生物学研究所セミ 東京
ナー

2017年4月

Metabolic regulation and hematopoietic
stem cell aging

田久保 圭誉その他発表(雑誌、テレビ、ラジオ等)
タイトル

発表者

発表先

場所

年月日

該当なし
特許取得状況について※出願申請中のものは(発明名称)記載のこと。
特許権者(申請者）
登録日(申請日)
登録番号（共願は全記載）

該当なし※該当がない項目の欄には「該当なし」と記載のこと。
※主任研究者が班全員分の内容を記載のこ

出願国