Wnt/β-cateninシグナル経路の脈絡叢腫瘍発生における重要な役割

背景紹介

脈絡叢（Choroid Plexus, CHP）は、脳室内に位置する分泌性上皮構造で、主に脳脊髄液（CSF）の分泌と血液-脳脊髄液バリアの形成を担っています。脈絡叢腫瘍（Choroid Plexus Tumors, CPTs）は稀な頭蓋内腫瘍で、主に小児、特に1歳未満の乳児に発生し、小児腫瘍の20％を占めます。CPTsは、脈絡叢乳頭腫（CPP）、非定型脈絡叢乳頭腫（ACPP）、および脈絡叢癌（CPC）に分類されます。CPPは小児と成人の両方で発生し、予後は比較的良好ですが、CPCは高度に侵襲性で、5年生存率は26％-73％です。現在、CPTの治療は主に手術切除に依存していますが、腫瘍の病理学的メカニズムに関する理解が不足しており、特異的な化学療法薬が不足しているため、治療効果は限られています。

近年、ゲノム学とトランスクリプトーム学の研究により、CPTには広範な染色体不安定性が存在することが明らかになりましたが、具体的なドライバー遺伝子変異はまだ特定されていません。Wnt/β-cateninシグナル経路は、特に上皮性腫瘍において、多くの癌で重要な役割を果たしています。しかし、Wnt/β-cateninシグナル経路がCPTにおいてどのような役割を果たしているかは、まだ十分に研究されていません。したがって、本研究は、Wnt/β-cateninシグナル経路がCPT腫瘍発生においてどのように重要な役割を果たしているかを探求し、今後の病理学および治療学研究を支援するための初の3D in vitroモデルを確立することを目的としています。

論文の出典

本論文は、Kim Hoa Ho、Marleen Trapp、Catello Guidaら複数の著者によって共同で執筆され、ドイツ癌研究センター（DKFZ）、ハイデルベルク大学、マンハイム大学医学部など複数の機関からなる研究チームによって行われました。論文は2024年8月31日に『Neuro-Oncology』誌に早期公開され、DOIは10.1093/neuonc/noae176です。

研究のプロセスと結果

1. ゲノムとトランスクリプトームデータの分析

研究チームはまず、CPT患者のゲノムとトランスクリプトームデータを分析し、潜在的な病理学的経路を特定しました。公開されている遺伝子発現マイクロアレイデータセット（GSE14098）の分析により、Wnt/β-cateninシグナル経路がCPPで有意に活性化されていることが明らかになりました。さらに、全ゲノムシーケンシング（WGS）データから、CPTには多数の構造的変異（SVs）と一塩基多型（SNVs）が存在し、これらの変異がWnt/β-cateninシグナル経路の複数の遺伝子（APC、Wnt2b、Fzd2など）に影響を与えていることが示されました。

2. 細胞および分子実験による検証

バイオインフォマティクス分析の結果を検証するため、研究チームはCPT患者サンプルを用いて細胞および分子実験を行いました。CRISPR-Cas9技術を用いてAPC遺伝子をノックアウトするか、Wnt3aリガンドを過剰発現させることで、Wnt/β-cateninシグナル経路の活性化が脈絡叢細胞の腫瘍特性（アンカレッジ非依存性増殖や脳実質への浸潤能力など）を著しく増強することが明らかになりました。さらに、Wnt阻害剤Wnt974を用いてCPP細胞株HIBCCPを処理すると、細胞の増殖と生存が著しく抑制され、CPT細胞がWnt/β-cateninシグナル経路に依存していることがさらに証明されました。

3. 3D脈絡叢オルガノイドモデルの確立

CPTの病理学的プロセスをより現実的に模倣するため、研究チームはヒト誘導多能性幹細胞（hiPSC）を用いて脈絡叢オルガノイド（CHP organoids）を生成しました。CRISPR-Cas9技術を用いてAPC遺伝子をノックアウトすることで、脈絡叢オルガノイドの腫瘍形成を誘導することに成功しました。これらの腫瘍オルガノイドは、細胞増殖の増加や分化マーカーの発現減少など、ヒトCPTと類似した病理学的特徴を示しました。さらに、メチル化分析により、APCノックアウトオルガノイドは高リスク小児CPTの分子的特徴と高度に類似していることが示されました。

研究の結論

本研究は、Wnt/β-cateninシグナル経路がCPT腫瘍発生において重要な役割を果たしていることを初めて明らかにしました。ゲノムおよびトランスクリプトーム分析、細胞実験、および3Dオルガノイドモデルの確立を通じて、研究チームはWnt/β-cateninシグナル経路の活性化がCPT発生の主要な駆動因子であることを証明しました。この発見は、CPTの病理学的メカニズムに関する新たな知見を提供するだけでなく、今後の治療研究に信頼性の高いin vitroモデルを提供します。

研究のハイライト

1. Wnt/β-cateninシグナル経路の活性化：本研究は、Wnt/β-cateninシグナル経路がCPTにおいて活性化されていることを初めて体系的に証明し、染色体不安定性イベントによって駆動されるメカニズムを明らかにしました。
2. 3Dオルガノイドモデルの確立：研究チームは、初めてCPTの3Dオルガノイドモデルを確立し、今後の病理学および薬剤スクリーニング研究に重要なツールを提供しました。
3. Wnt阻害剤の潜在的な応用：Wnt阻害剤Wnt974を用いた実験を通じて、Wnt/β-cateninシグナル経路を標的としたCPT治療の可能性が示されました。

研究の意義

本研究は、CPTの病理学的メカニズムに関する新たな知見を提供するだけでなく、今後の治療研究に信頼性の高いin vitroモデルを提供します。Wnt/β-cateninシグナル経路がCPTにおいて重要な役割を果たしていることを明らかにすることで、研究チームは新たな標的治療戦略の開発の基盤を築きました。さらに、3Dオルガノイドモデルの確立は、CPTの基礎研究と薬剤開発を大幅に促進し、この稀ではあるが致命的な小児腫瘍に対する新たな希望をもたらすでしょう。