研究所

実験動物研究部

実験動物研究部の部長を務めています若林雄一と申します。実験動物研究部の源流は旧生化学研究部動物管理室にさかのぼります。初代室長は時田尚志先生が務められ、原口清輝先生、藤谷昌司先生と引き継がれたのち、平成23年4月から若林が着任し、平成31年3月まで室長を務めました。途中、改組に伴い、発がん研究グループ実験動物研究室と名称変更されましたが、平成31年4月よりがんゲノムセンターに移行し、現在の実験動物研究部となりました。

ここから私自身のことについてご紹介したいと思います。私は、最近、世界遺産登録がスムーズに進まないことが何かと話題になる佐渡金山のある佐渡島で高校卒業まで過ごしました。進路がなかなか決められなかった私は父の強い希望に従い、卒業後は海を渡って地元の新潟大学の医学部に進学しました。こんなことを言うと申し訳ない気もしますが、正直、医師になりたい強い思いを持って、希望に満ち溢れて・・・というよりは、“渋々”と進学したというほうが正確だと思います。そんな調子なので、入学当初の私は基礎医学と臨床医学の区別もつかない有様でした。本当に医者になるのかなあというような漠然とした考えのまま、数年間を過ごした後、大学の生化学の講義で聞いた木南 凌教授（当時）の分子生物学の講義に目が覚めるような思いがしました。今、思えば内容を理解してというよりは、その時々のトピックスを紹介する講義スタイルがとても新鮮だったように思います。これが私の研究者人生のすべての始まりでした。早速、ワトソンのMolecular Biology of the Geneを買って自分でも勉強し、生化学教室にも出入りするようになり、大学卒業後はすぐに生化学教室の大学院生となり、マウスを使った研究を始めました。当初からがん研究を行っていたわけではなく、難聴マウスの原因遺伝子の探索をテーマとしました。当時はまだゲノムプロジェクト完成前で、原因遺伝子不明の変異マウスが数多く、存在していました。ところがそれらのマウスは市販されて市場に出回っており、世界中の誰もが手に入れられる、つまり、非常にコンピートしやすい危険な状況でもありました。その不安はものの見事に的中してしまいました。大学院生活も終わりに近づいた頃、同じマウスの原因遺伝子を標的としていたアメリカのグループから論文が発表されてしまいました。かろうじて途中経過をまとめた論文で学位をいただき、すぐに助手（今の助教）にもしていただきましたが、難聴マウス敗北のショックはあまりにも大きく、何もやる気が起きませんでした。難聴の研究はもうできなくなってしまったので、そこでまた、“渋々”と当時、生化学教室で行われていた放射線誘発胸腺リンパ腫の研究を始めました。これが私とがん研究との“悲しい”出会いです。その数年後にアメリカに渡り、カリフォルニア大学サンフランシスコ校のAllan Balmain labで野生マウスや皮膚化学がんモデルの研究を行いました。その頃にはゲノムプロジェクトが完成してそれまでのゲノムのマッピングなどの研究が実質、終焉を迎えていました。日本のマウス研究者は便利さを喜ぶというよりは、むしろ戸惑っている雰囲気でした。ところがAllan Balmainは全く違い、新しい時代に生き生きとしており、国が違うとこうも違うものかと驚きました。そこで過ごした約6年間で完全にがん研究にシフトし、その経験が現在、実験動物研究部で行われている研究のベースとなっています。

メンバー

プロジェクト紹介

当研究部では、実験用マウスを対象として主にDMBA/TPA多段階皮膚発がんモデルを用いた研究プロジェクトを展開しています。DMBA/TPA多段階皮膚発がんモデルは世界中で使用されているヒトの上皮性発がんモデルです。化学発がん剤であるDMBAが変異原、TPAが炎症プロモーターとして働き、良性腫瘍、悪性腫瘍および転移性腫瘍に至る発がん過程をマウスで再現できます。このモデルにより実際のヒトのがん原因遺伝子の同定が行われています。我々はマウス系統間の発がん感受性に関与する遺伝子（群）の同定や様々な発がん関連遺伝子の機能を当モデルにより個体レベルで明らかにすることを目的とし、主に以下のプロジェクトを行っています。

1. マウス系統間における発がん抵抗性/感受性遺伝子の探索

マウスには400種を超える近交系系統が樹立されており、がんに対する感受性が系統ごとに異なります。特に野生由来近交系マウスは、一般的実験用マウスと比較して発がん抵抗性が強い傾向があります。我々は日本産野生由来近交系マウスであるMSM/Ms系統がDMBA/TPA多段階皮膚発がんに対して強力な抵抗性であることを証明しました（文献1）。そこで、これらのMSM/Msの発がん抵抗性遺伝子（群）を同定するために順・逆遺伝学的手法を駆使して研究を行っています。発がん感受性系統であるFVB/NとMSM/MsとのN2マウスをがん抑制遺伝子であるp53の野生型（p53+/+）およびヘテロKO（p53+/-）の遺伝子背景で各100頭程度作製し、それらマウスの発がん表現型と全ゲノム遺伝子型データを用いた連鎖解析により、Skin Tumor Modifier of MSM（Stmm）遺伝子座を12箇所ゲノム上にマップすることに成功しました（図1）（文献1）。その後、いくつかの遺伝子座においては候補領域をコンジェニック・マッピングにより特定のゲノム領域に狭めました（文献2, 3）。特に発がん抵抗性の効果が強いStmm1a（文献4, 5）、Stmm1b（文献6）およびp53遺伝子に依存的かつ腫瘍悪性化に対して抵抗性を示すStmm3（文献7）の原因遺伝子を同定し、MSM/Msの発がん抵抗性の分子メカニズムを明らかにしてきました（文献8, 9）。今後も未同定のStmm遺伝子座の原因遺伝子を明らかにするために本プロジェクトに取り組んでいきます。

2.　Stmm1a/Pak1遺伝子の発がんにおける機能解析

我々はMSM/Ms系統の発がん抵抗性において、最も強い効果を与えるStmm1aの原因遺伝子としてp21 protein(Cdc42/Rac)-activated kinase 1（Pak1）遺伝子を同定しました。Pak1はセリン・スレオニンキナーゼの一種であり、発がんに重要なRASシグナルパスウェイを調節すること等が知られています。我々は、MSMではFVBに比べてPak1の発現が非常に低いこと、また3’UTRの多型を介した選択的ポリアデニル化の違いがPak1発現抑制することを提唱し、Pak1の発がんにおける新たな機能を明らかにしました（図2）（文献5）。一方、これらの機能は主にがんになる細胞、すなわち上皮系の細胞を対象とした研究で明らかとなりました。我々は皮膚におけるPak1の機能解析を進める過程で、表皮細胞だけでなく、樹状細胞などにも強く発現していることを発見しました（文献4）。そこで、これらの各細胞における機能を生体内で詳細に解析するためにPak1コンディショナルKOマウス（Pak1fl/fl）をゲノム編集技術によって新たに開発しました。現在、Pak1fl/flを用いて様々な細胞においてPak1を欠損させ、発がん実験を行うことで腫瘍細胞および腫瘍を取り巻く微小環境におけるPak1の機能や細胞間相互作用による発がんおよび悪性化のメカニズムについて明らかにすることを目指しています。またPak1はがん以外にも2型糖尿病、アルツハイマー、パーキンソン、各種感染症、高血圧、炎症性疾患などにも関与することが明らかになっており、それら疾患に対する薬剤開発の標的になっています。今後は我々の研究グループの知見に基づく、Pak1を標的としたがん治療薬および治療法の開発を進めていきたいと考えています。

Stmm1b/Pth遺伝子の発がんにおける機能解析

MSM系統マウスの発がん抵抗性を与えるStmm1bの原因遺伝子として、副甲状腺ホルモン（Parathyroid hormone）Pth遺伝子を同定しました。Pthは生体内のカルシウム濃度の恒常性を担う重要なホルモンです。一般的にPthはカルシウム調節に重要な骨、腎臓、腸管などに作用しますが、皮膚、特に皮膚腫瘍に対する知見はほとんどありませんでした。我々は、遺伝的連鎖解析の結果からPthに着目し、MSMの血清中のインタクトPTH濃度を測定した結果、FVBよりも5～10倍高いことが明らかとなりました。そこで、MSMのPthを含むBACクローンをFVBマウスに導入したPth高発現Tgマウスを開発し、発がん実験を行いました。その結果、血清中インタクトPTH濃度が高いマウスは皮膚腫瘍を抑制しました。一方で、血清中インタクトPTH濃度が低いPth-ヘテロKOマウスでは皮膚腫瘍が促進しました。これらの作用機序として、PTHが表皮細胞内のカルシウムイオンを上昇させ、細胞分化を促進することで、増殖を抑制することを示しました。これらのことから、Pthが皮膚腫瘍における新たな修飾因子であることを明らかにしました（図3）（文献6）。現在は、ヒトのGWASデータから複数のがん種においてPthが関与する可能性を得ており、ヒトPTHががん感受性に影響を与えるメカニズムを様々なマウス発がんモデルで検証しています。

上記のプロジェクト以外にも当研究部は様々な共同研究グループとともにがん関連遺伝子（がん転写因子（文献10）、セントロメア構成因子（文献11, 12）、ストレス応答因子、がん抑制因子（文献13）など）の遺伝子改変マウスを用いた研究プロジェクトを進めています。また、より臨床に近い研究に重要なシンジェニックやPDXなどの移植モデルの開発研究を推進し、一方でマウス系統特異的な自然発症がんや野生マウスの発がん耐性機構の解明等の基礎的研究もマウスの特性と利点を最大限活かして進めていきたいと考えています。

【引用文献】

1.  Okumura K et al., Independent genetic control of early and late stages of chemically induced skin tumors in a cross of a Japanese wild-derived inbred mouse strain, MSM/Ms. Carcinogenesis. 2012 Nov;33(11):2260-8.
2. Okumura K et al., Congenic mapping and allele-specific alteration analysis of Stmm1 locus conferring resistance to early-stage chemically induced skin papillomas. PLoS One. 2014 May 20;9(5):e97201.
3. Saito M et al., Identification of Stmm3 locus conferring resistance to late-stage chemically induced skin papillomas on mouse chromosome 4 by congenic mapping and allele-specific alteration analysis. Exp Anim. 2014;63(3):339-48.
4. Okumura K et al., Pak1 maintains epidermal stem cells by regulating Langerhans cells and is required for skin carcinogenesis. Oncogene. 2020 Jun;39(24):4756-4769.
5. Okumura K et al., Functional Polymorphism in Pak1-3' Untranslated Region Alters Skin Tumor Susceptibility by Alternative Polyadenylation. J Invest Dermatol. 2022 Mar 1:S0022-202X(22)00174-9.
6. Okumura K et al., The parathyroid hormone regulates skin tumour susceptibility in mice. Sci Rep. 2017 Sep 11;7(1):11208.
7. Saito M et al., A Polymorphic Variant in p19Arf Confers Resistance to Chemically Induced Skin Tumors by Activating the p53 Pathway. J Invest Dermatol. 2019 Jul;139(7):1459-1469.
8. Okumura K et al., The Japanese Wild-Derived Inbred Mouse Strain, MSM/Ms in Cancer Research. Cancers (Basel). 2021 Mar 1;13(5):1026.
9. Okumura K et al., A wild-derived inbred mouse strain, MSM/Ms, provides insights into novel skin tumor susceptibility genes. Exp Anim. 2021 Aug 6;70(3):272-283.
10. Okumura K et al., Meis1 regulates epidermal stem cells and is required for skin tumorigenesis. PLoS One. 2014 Jul 11;9(7):e102111.
11.  Okumura K et al., CENP-R acts bilaterally as a tumor suppressor and as an oncogene in the two-stage skin carcinogenesis model. Cancer Sci. 2017 Nov;108(11):2142-2148.
12. Saito M et al., CENP-50 is required for papilloma development in the two-stage skin carcinogenesis model. Cancer Sci. 2020 Aug;111(8):2850-2860.
13. Saito M et al., PHLDA3 Is an Important Downstream Mediator of p53 in Squamous Cell Carcinogenesis. J Invest Dermatol. 2022 Apr;142(4):1040-1049.e8.

最近の主な業績

1. Okumura K et al., Pak1 maintains epidermal stem cells by regulating Langerhans cells and is required for skin carcinogenesis. Oncogene. (2020). Online ahead of print.
2. Saito M et al., A Polymorphic Variant in p19Arf Confers Resistance to Chemically Induced Skin Tumors by Activating the p53 Pathway. Journal of Investigative Dermatology. 139 (7) : 1459-1469. (2019).
3. Okumura K et al., The parathyroid hormone regulates skin tumour susceptibility in mice. Scientific Reports. 7 (1) : 11208. (2017).
4. Okumura K et al., CENP-R acts bilaterally as a tumor suppressor and an oncogene in the two-stage skin carcinogenesis model. Cancer Science. 108 (11) : 2142-2148. (2017).
5. Okumura K et al., Meis1 regulates epidermal stem cells and is required for skin tumorigenesis. PLoS One. 9 (7) : e102111. (2014).
6. Okumura K et al., Congenic mapping and allele-specific alteration analysis of Stmm1 locus conferring resistance to early-stage chemically induced skin papillomas. PLoS One. 9 (5) : e97201. (2014).
7. Okumura K et al., Independent genetic control of early and late stages of chemically induced skin tumors in a cross of a Japanese wild derived inbred mouse strain, MSM/Ms. Carcinogenesis. 33 (11) : 2260-2268 (2012) .
8. Wakabayashi Y et al., Promotion of Hras-induced squamous carcinomas by a polymorphic variant of the Patched gene in FVB mice. Nature. 445 (7129) : 761-765 (2007).
9. Wakabayashi Y et al., Bcl11b is required for differentiation and survival of alphabetaT lymphocytes. Nature Immunology. 4 (6) : 533-539. (2003) .