がんの増殖における細菌の役割

がんの増殖における細菌の役割
https://www.news-medical.net/news/20221120/The-role-of-bacteria-in-cancer-growth.aspx

プリヨム・ボーズ博士（Priyom Bose, Ph.D.
プリヨム・ボーズ博士著 2022年11月20日
レビュー：Aimee Molineux
腫瘍関連微生物叢は、33種類のヒト癌において、腫瘍微小環境（TME）の重要な構成要素である。しかし、腫瘍細胞におけるこれらの微生物の空間的分布と局在に関する証拠はほとんどない。

この研究ギャップを埋めるべく、最近のNature誌の研究では、口腔扁平上皮がん（OSCC）と大腸がん（CRC）における空間的、細胞的、分子的な宿主-微生物相互作用が評価された。本研究では、単一細胞RNAシーケンス（scRNA-seq）とin situ空間プロファイリング技術を用いて、TME内の宿主-細菌間の細胞、空間、分子の相互作用をマッピングしました。

研究内容 癌の空間的および細胞的不均一性に対する腫瘍内細菌叢の効果。Image Credit: jovan vitanovski / ShutterstockStudy: 癌の空間的および細胞的不均一性に対する腫瘍内細菌叢の効果。画像引用元：Jovan Vitanovski / Shutterstock

研究背景
一般に、がん患者の腫瘍は、非悪性細胞の複合ネットワークに囲まれた悪性細胞からなる。これらの細胞は、その存在量や種類によって、腫瘍形成促進効果や抗腫瘍効果を発揮する可能性がある。in vitroおよびin vivoの実験から、腫瘍に関連する微生物叢に細菌が存在し、がんの発生、免疫監視、転移、化学療法抵抗性に重要な役割を担っていることが示唆されています。分子生物学的解析やバイオイメージングのデータからも、主要ながん種で腫瘍内細菌叢の存在が示されている。

腫瘍関連微生物ががん患者の腫瘍細胞と相互作用する際の宿主細胞の特異性については、証拠が不足しています。さらに、生物を宿す特定の細胞の特定に関連する証拠はほとんど記録されていない。正確な宿主-微生物細胞相互作用と腫瘍内微生物群の空間分布が、TME内の機能的能力に及ぼす影響は明らかではありません。

本研究について
CRC患者の腫瘍組織の16S rRNA遺伝子配列決定により、Fusobacteriumを含む様々な細菌の存在が示された。この細菌の存在量はCRC患者間で異なっていた。デンドログラム解析とβ多様性クラスタリングによる主成分分析から、大多数のがん患者は比較的安定したマイクロバイオーム組成を有していることが示されました。しかしながら、ほとんどの患者は、腫瘍内マイクロバイオーム組成において様々な程度の不均質性を示した。

RNAscope-fluorescence in situ hybridization（RNAscope-FISH）イメージングにより、TMEにおける細菌群集の不均質な空間分布が確認された。RNAscope-FISHに基づくデータはFusobacterium nucleatumの存在を示し、これはマイクロバイオーム解析と定量PCR技術によってさらに検証された。

10x Visium空間トランスクリプトミクスは、CRCおよびOSCC検体の腫瘍内微生物叢の空間分布の検出と解析にも使用された。このアプローチにより、OSCC腫瘍内の28%、CRC腫瘍の46%の捕捉スポットが同定された。

a, ヒトOSCCおよびCRC検体の10x Visiumキャプチャースライドにおける腫瘍組織全体のヘマトキシリン・エオジン（H&E）染色（左）、総細菌リード（中央）および総UMI転写物（右）の空間的分布。b, OSCCとCRC腫瘍からの10x Visium RNAシーケンスデータで検出された最も優勢な細菌属のトップ10の円グラフ。 c, 10x Visiumセクションに続く連続スライドで腫瘍組織全体の細菌の分布を示すRNAscope-FISH画像。F. nucleatumプローブは赤、真正細菌プローブはシアンである。d, 10x Visium OSCC標本データで検出されたParvimonas、Peptoniphilus、Fusobacterium UMIの空間分布。 e, 10x Visium CRC標本データで検出されたFusobacterium、Bacteroides、Leptotrichia UMIの空間分布。 a, ヒト OSCC および CRC 検体の 10x Visium キャプチャー・スライドにおける腫瘍組織全体の Haematoxylin and eosin (H&E) 染色（左）、total bacterial reads（中央）および total UMI transcripts（右） の空間的分布。b, OSCCとCRC腫瘍からの10x Visium RNAシーケンスデータで検出された最も優勢な細菌属のトップ10の円グラフ。 c, 10x Visiumセクションに続く連続スライドで腫瘍組織全体の細菌の分布を示すRNAscope-FISH画像。F. nucleatumプローブは赤、真正細菌プローブはシアンである。d, 10倍Visium OSCC検体データで検出されたParvimonas、Peptoniphilus、Fusobacterium UMIの空間的分布。 e, 10倍Visium CRC検体データで検出されたFusobacterium、Bacteroides、Leptotrichia UMIの空間的分布。

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OSCC腫瘍ではParvimonas、Peptoniphilus、Fusobacteriumが、CRC腫瘍ではFusobacteriumとBacteroidesが優占種であることが明らかになった。

10x Visium空間トランスクリプトミクス技術により、がん患者の無傷の腫瘍組織内の生菌を直接検出、定量化し、空間的にマッピングすることが可能になった。さらに、腫瘍組織における腫瘍内細菌叢の相互作用の複雑さが示された。

GeoMxデジタル空間プロファイリング（DSP）プラットフォームは、がんの進行と抗腫瘍免疫に関連する77のタンパク質の発現プロファイルを定量化するのに役立った。この技術とRNAscopeおよび免疫組織化学（IHC）アプローチを組み合わせることで、細菌コミュニティは免疫抑制性の高いマイクロクロッシュに生息し、血管があまり通っていないことが示された。さらに、細菌株はKi-67のレベルが低下した悪性細胞に生息しやすいことがわかった。

TME内の細菌-宿主細胞間相互作用と宿主細胞のトランスクリプトームへの影響を評価するために、INVADEseq（侵入-付着-指向性発現配列）技術が開発されました。この技術は、細菌の16S rRNAの保存領域を標的とするプライマーの導入に関連している。その後、細菌に関連したヒト細胞から細菌の転写物を含むcDNAライブラリーを作成することができます。この方法の重要な点の1つは、プライマーの導入がヒトCRC細胞の遺伝子発現プロファイルに影響を与えないということである。

INVADEseq技術は、細菌種、すなわちF. nucleatum、Porphyromonas gingivalis、Prevotella intermediaに感染したヒトCRC細胞株HCT116を用いて検証されました。これにより、ヒトの単一細胞における細菌集団のマッピングが可能になりました。重要なのは、INVADEseqによって、がん細胞の不均一性に影響を与えるF. nucleatumとP. gingivalisの役割が確認されたことである。これらの細菌株は、特定の細胞のクラスタリングを支援する明確な転写プログラムを変更します。転写経路の変化は、炎症、細胞の休眠、転移、DNA修復の発現にも関連している。

結論
本研究により、細菌に感染したがん細胞は、単一細胞として周囲に影響を及ぼし、その後、骨髄系細胞を細菌領域に採用することが明らかになった。注目すべきは、腫瘍内のマイクロバイオームがランダムな現象ではないことがわかったことである。むしろ、腫瘍内の細菌の存在は、がんの進行に影響を与える免疫細胞や上皮細胞の機能を持つマイクロクロッシェで高度に組織化されたプロセスであると述べられている。

今回の研究では2種類のがんに焦点を当てたが、このツールや技術は、すべての主要な種類のがんや腫瘍内細菌叢を含むがんの研究に利用できるだろう。

雑誌掲載
Niño, J.L.G., Wu, H., LaCourse, K.D. et al. (2022) Effect of the intratumoral microbiota on spatial and cellular heterogeneity in cancer.（癌の空間的および細胞的不均一性に対する腫瘍内微生物叢の影響）。Nature. https://doi.org/10.1038/s41586-022-05435-0, https://www.nature.com/articles/s41586-022-05435-0
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投稿先 医学研究ニュース｜病態ニュース｜病気・感染症ニュース

タグ 細菌、がん、がん腫、細胞、細胞株、大腸、大腸がん、化合物、DNA、魚、蛍光、遺伝子、遺伝子発現、遺伝子シーケンス、ハイブリダイゼーション、IHC、イメージング、免疫、免疫組織化学、in vitro、in vivo、炎症、悪性、転移、マイクロバイオーム、研究、RNA、RNAシーケンス、扁平上皮がん、トランスクリプトミクス、腫瘍