転写因子を介したがん細胞初期化:先駆者

がんの再発、転移、抵抗に対する治療は診療所では困難なままであるため、がん遺伝子治療の実施は依然として盛んであり、このような困難を克服する可能性のある厳しい選択肢である。 良性細胞は悪性移行後に癌細胞になることができることはよく認識されているが、癌細胞が遺伝的およびエピジェネティックに良性表現型に戻 転写因子を介したリプログラミングは、最近、良性の機能を取得するために癌細胞を有効にするin vitroのアプローチとして浮上しています。

前述したように、iPSC技術は、洗練されたリプログラミングアプローチとして、末端分化体細胞から多能性への体細胞移行を誘導するために利用されて さらに、ｉＰＳＣ技術は、癌細胞から良性の表現型を有する多能性細胞への再プログラミングを誘導するためにも頻繁に使用されている。 2009年には、Utikal et al. ヒトメラノサイトおよびマウスメラノーマ細胞株を、0.05％から0.1％の効率を有する山中因子の導入により、良性表現型を有するipscに再プログラムした。 R545メラノーマ細胞株由来iPSCs Oct4、Klf4とc-Myc、Oct-4とNANOGプロモーターの脱メチル化とin vivo腫瘍形成性の損失の内因性発現を示した。 ドキシサイクリンを撤回することにより、山中因子のドキシサイクリン誘導性レンチウイルス発現の中止時に、再プログラムされた黒色腫細胞に由来するマウスキメラは、良性を維持していたし、再プログラムされた細胞がin vivoで良性細胞を産生するために正常な分化プロセスを受けたことを示す、生後5ヶ月で目に見える腫瘍を形成しませんでした。

2010年、Miyoshi et al. このようなnanog、ステージ特異的胚抗原-4（SSEA-4）、TRA-1-60、およびTRA-1–81などの多能性関連遺伝子の発現は、膵臓、肝臓および結腸直腸癌細胞に山中因子を導入した後 再プログラムされた癌細胞は、外胚葉、中胚葉、および内胚葉に似たパターンを開発することができたように、多能性関連遺伝子を再発現するために、特定の また、多能性癌細胞は、癌細胞のリプログラミングを介して取得した化学/ラジオ抵抗性を取り消すために潜在的な臨床的意義につながる、化学療法剤5- さらに、再プログラムされた癌細胞は、上皮細胞、間葉細胞、神経細胞（総称して多能性後癌細胞と呼ばれる）を含む様々な系統に分化することができた。 多能性後癌細胞はｉｎｖｉｔｒｏで親癌細胞と比較して悪性度が低く，ＮＯＤ／ＳＣＩＤマウスにおける腫よう形成アッセイに基づいて腫よう形成能がなかった。 しかし、がん細胞から多能性がん細胞へのリプログラミング効率は低いままであり、少数の腫瘍細胞のみが多能性がん細胞へのリプログラミングに成功することができることを示唆している。 後の研究では、Lin-28ホモログ（LIN28）、Oct-4、SOX2、NANOGなどの他の組み合わせ転写因子も、肺腺癌および胃腸癌を緩和された腫瘍形成性および転移性の可能性を有するiPSCに再プログラムすることができることが示された。 転写因子媒介性再プログラミングは、多様な分化関連因子によって、多様な系統の機能的細胞を形成するようにさらに指示することができる。 このようなリプログラミングアプローチは、良性多能性状態に戻って癌細胞のエピジェネティック後の状態を再活性化するために実行可能であり、倫理的に許容可能であるが、転写因子によって媒介される癌細胞リプログラミングの効率と安全性は、それが癌のための有望な治療法になる前に解決すべき挑戦的な課題のままである。組み合わせ多能性関連転写因子は、癌細胞をuipscに再プログラムする実証された能力を示しており、さらに正常細胞に分化する可能性がある。

さらに、研究者らは最近、系統特異的因子が多能性段階を迂回することによって癌細胞を機能的な体細胞に直接再プログラムすることができ、誘導多能性癌細胞の悪性形質転換のリスクを減少させる可能性があることを発見した。

ブレークポイントクラスター領域（BCR）-Abelsonマウス白血病ウイルス癌遺伝子ホモログ1（ABL1）+前駆体B細胞急性リンパ芽球性白血病（B-ALL）は、B細胞分化の遮断 したがって、非白血病細胞へのＢＣＲ−ＡＢＬ１＋Ｂ−ＡＬＬの再プログラミングは、分化遮断を克服するための優れた戦略として考慮されている。 これまでの研究では、ALLの発生に関連する転写因子であるCCAAT/エンハンサー結合タンパク質α（C/EBPa）が、マウスB系統細胞からマクロファージへの細胞移行を約100％の効率で誘導できることが示されている。 この以前の研究は、C/EBPaが機能的マクロファージへのB細胞系統による癌の再プログラムにも使用できるかどうかの検討につながっている。 2013年、Rapino et al. C/EBPaの導入により、ヒトリンパ腫および白血病B細胞株をマクロファージ様細胞に再プログラムすることに成功した。 20以上のヒトリンパ腫および白血病B細胞株の分析によれば、細胞の80％が部分的または完全にマクロファージ様細胞に再プログラムされ得る。 再プログラムされたリンパ芽球性白血病Ｂ細胞は，マクロファージ関連マーカーのアップレギュレーションとＢ細胞関連マーカーのダウンレギュレーションで，ｉｎｖｉｔｒｏでの腫よう形成性が低かった。 マウスモデルでの実験はまた、免疫不全マウスへのC/EBPa感染リンパ性白血病細胞の注入後に腫瘍が形成されなかったことを確認した。 解析したリンパ腫および白血病細胞株の大部分は少なくとも部分的または一過性にリプログラミングを受けたが，Ｃ／ｅｂｐａの内因性発現が高い二つの細胞株のみがマクロファージ様細胞への細胞移行を効果的に持続し，癌細胞リプログラミングの成功率はＣ／Ｅｂｐａの内因性発現に大きく依存することを示した。

これまでの研究では、B細胞関連悪性腫瘍だけでなく、肝細胞癌（HCC）の腫瘍形成を緩和するための単一の核転写因子の導入に焦点を当ててきました。 がん細胞を正常な機能を持つ細胞に再プログラムするためには、様々な核転写因子が協力して働く必要があります。 悪性腫瘍から良性への癌転移を高効率かつ安全に効果的に誘導することができる転写因子の特定の式があるかどうかは、とらえどころのないまま 単細胞RNAシークエンシングの最近の進歩は、異なる癌細胞でより包括的なプロファイリングを得るために研究者を有効にしており、転写因子候補の増加が同定され、癌細胞のリプログラミングの効率を向上させるために特徴付けられている。

2014年、Huang et al. 肝細胞核因子1α（HNF1A）、肝細胞核因子3α（HNF3A）とフォークヘッドボックス蛋白質A3（FOXA3）を含む転写因子の組み合わせは、肝細胞様細胞にヒト線維芽細胞をリプログラミングする上で重要な役割を果たしたことがわかった。 その後、2019年にCheng et al. HNF1A、HNF4AおよびFOXA3の組合せはまたアルブミンの分泌、グリコーゲンの統合、低密度のリポ蛋白質の通風管、また新陳代謝の制御および解毒を含む正常機能のhepatocyteそっくりの細胞にhccの直接リプログラミングを引き起こすことができることを示しました。 本研究では、アデノウイルスは、相乗的にHCCLM3とHuh7細胞株にHNF1A、HNF4A、およびFOXA3を導入するために使用されました。 その本質的なhepatotropismに基づいて、iPSCリプログラミングと比較して、アデノウイルスを介した感染は、約100％のHCC細胞を誘導し、選択された転写因子を発現させ、感染とリプログラミング効率を有意に改善した。 組み合わせ転写因子は、hccリプログラミングにおけるhnf1A、HNF4A、およびFOXA3の同時効果を示す、肝細胞関連遺伝子およびHCCLM3およびHuh7細胞株の両 再プログラムされた肝細胞は徐々に肝細胞機能を獲得し，ｉｎｖｉｔｒｏ腫よう形成特性を失うことを示した。 例えば、HCCLM3細胞株からの再プログラムされた肝細胞は、アルブミン（ALB）発現の有意な増加とα-フェトプロテイン（AFP）発現の減少を示した。 コロニー形成アッセイ，遊走アッセイおよびスフェロイド形成アッセイの結果は，増殖および遊走能力および肝臓Ｃｓｃの数が減少することを示した。 Ｃｄｎａマイクロアレイの結果は，再プログラムされた肝細胞様細胞が初代ヒト肝細胞と遺伝的に類似していることを確認した。 マウスモデルはまた、再プログラムされた肝細胞様細胞が実質的にin vivo腫瘍形成性を失い、再生中に肝臓構造を再構築することができたことを示した。 さらに、再プログラムされた肝細胞様細胞における上皮細胞接着分子（EpCAM）+亜集団が有意に減少し、HNF1A、HNF4AおよびFOXA3を介して再プログラムされた癌細胞が効果的に癌の再発、再発、およびHCCの抵抗を防ぐためにCSCsを排除することができることを示唆している。

転写因子を介したリプログラミングは、特定の遺伝子送達を介した遺伝的およびエピジェネティックな改変に基づいています。

転写因子を介 山中ら以来。 マウスおよびヒト線維芽細胞をiPSCに再プログラムするために転写因子をうまく利用し、再プログラム技術は潜在的な癌治療の開発にさらに展開されている。 それにもかかわらず、転写因子を介した癌細胞のリプログラミングに関する論争が残った。 いくつかの研究では、癌細胞から多能性細胞への再プログラミングが必ずしも肯定的な効果をもたらすとは限らないことが示されている。 例えば、ｃ−Ｍｙｃ、ＫＬＦ４、およびＳＯＸ２のような癌遺伝子の存在のために、多能性癌細胞は、異常な分化による癌形成において安全性の懸念を有する。 さらに、転写因子を介した癌細胞のリプログラミングは、臨床翻訳におけるその可能性を妨げているコスト、導入効率、およびin vivo送達の面で追加の制限 癌の開始および進行は主にmicroRNAの規則、DNAのメチル化、ヒストンの修正および染色体の改造を含む遺伝の突然変異そして複雑なepigenetic交替と、関連しています。 転写因子を介した癌細胞のリプログラミングは、これらの複雑な分子ネットワークに非常に関与しており、根本的なメカニズムは、主に未踏のまま

低分子を介した癌細胞のリプログラミング: ゲームチェンジャー

転写因子を介した癌細胞のリプログラミングの出現は、癌の運命をリプログラミングの実現可能性を証明するための画期的な 転写を介した癌細胞のリプログラミングは、広く悪性腫瘍に対する潜在的に有望な戦略として認識されているが、トランスジェニック修飾によ 癌遺伝子の活性化や外因性ＤＮＡ配列の挿入によって引き起こされる腫瘍抑制遺伝子のサイレンシングなどの遺伝的異常は，癌細胞初期化療法の将来の臨床翻訳を危険にさらす可能性がある。 特別に設計された微粒子を使用して一時的な遺伝子送達でウイルス感染を置き換えるための代替アプローチがあったが、転写因子を介した癌細胞のリプログラミングは危険であり、技術的に困難なままである。 したがって、効率的な癌細胞のリプログラミングを誘導するための代替戦略を確立するための緊急の要求があります。 最近、小分子を介した癌細胞のリプログラミングは、多能性状態に最終分化細胞をリプログラミングすることができることが証明されています。 さらに重要なことに、低分子を使用して悪性腫瘍から良性に癌細胞のリプログラミングを誘導することは、転写因子を介した癌細胞のリプログラミングの制限のいくつかを回避することができることを誘発するいくつかの研究もある。

小分子を介したリプログラミングは、比較的低コスト、簡単な技術、容易に調整可能な汎用性、透過性、および可逆性を含む明確な利点を有する。 小分子は、Wnt、ハリネズミ、カバ経路などのシグナル伝達経路を直接標的とすることにより、細胞プロセスを効率的に調節する優れた候補としても役立 小さい分子を製造し、異なった系統とのプログラムし直すことを引き起こすために効率を量ることは便利です。 さらに、このような分子は、癌細胞のリプログラミング中の分子シグナル伝達の根本的な変化を調べるための分子プローブとして利用することができ、リプログラミング効率の改善とオフターゲット効果の減少につながる可能性がある。 小分子を介したがん細胞のリプログラミングを成功させるためには、様々な細胞シグナル伝達経路におけるエピジェネティックな障壁や封鎖を克服するためにがん細胞を支援することができる小さな生化学的分子を同定し、開発する必要があります。 悪性腫瘍を良性に変換するために独立して低分子を介した癌細胞のリプログラミングを使用することはこれまでのところ困難なままであるため、拡張フロンティアにおける研究の数は限られている。C/EBPaを導入することにより、Rapino et al. ヒトリンパ腫および白血病B細胞株をマクロファージ様細胞に再プログラムすることに成功した。 この知見は、低分子がリンパ芽球性白血病のリプログラミングにも効果を発揮できるかどうかについての理論的洞察につながる。 2015年、McClellan et al. fms様チロシンキナーゼリガンド（FLT3L）、インターロイキン7（IL-7）、インターロイキン3（IL-3）、顆粒球マクロファージコロニー刺激因子（GM-CSF）、マクロファージコロニー刺激因子（MCSF）およびc/EBPaおよびPUなどの骨髄転写因子を含む骨髄分化誘導サイトカインが見出された。1は、一次ヒトBCR-ABL1+B-ALL細胞をマクロファージ様細胞に効率的に再プログラムすることができる。 骨髄分化誘導サイトカインへの2週間の曝露後、CD19+/CD34+白血病芽球の53％が有意にCD14の発現を増加させ、CD19の発現を減少させることが見出された。 ＣＤ１ ４＋／ＣＤ１ ９亜集団を選別し、精製して、安定なＣＤ１ ４発現を有する９ ８％のマクロファージ様細胞を得た。 再プログラムされた細胞はマクロファージ様形態，表面免疫表現型，遺伝子発現プロファイル，酸化バーストの生成，および食作用能力を有していた。 さらに、再プログラムされた細胞は、動物モデルにおける悪性異種移植片を形成する能力の損失によって明らかに、白血病原性を有意に軽減するこ 結果は、in vivoでBCR-ABL1+B-ALLを治療するために癌細胞のリプログラミングを利用する実行可能な戦略につながる可能性があります。 それにもかかわらず、白血病のリプログラミングから生成された結果は、サイトカイン誘導によって引き起こされる根本的な遺伝的異常が未踏のままであるため、in vivoでのリプログラミングが予備段階にあったことを示唆した。 また、5のうち12の臨床例は、CD14+リプログラミングに対する抵抗性を示した。 したがって、白血病リプログラミングの恩恵を受ける患者を前向きに選択する方法は不明である。 B細胞関連悪性腫瘍に対する効率的な治療戦略になる前に、これらの限界を克服するために、より多くの研究が必要とされている。2019年には、Ishay-Ronen et al. 浸潤性乳癌細胞を機能的な脂肪細胞に変換し、上皮間葉転換（EMT）の小分子誘導および再分化を介して転移を防止することに成功した。 EMTは細胞可塑性を高めることができるよく確認されたプログラムし直すプロセスです。 前に示されているように、多能性癌細胞を生成するための初期化プロセスは、通常、転写因子または小分子誘導を介して正常な細胞機能を有する様々な系統にさらに分化する可能性と関連している。 従って、Ｉｓｈａｙ−Ｒｏｎｅｎ ｅ ｔ ａ ｌ． 成長因子-β（TGF-β）をin vitroで変換してPy2T乳癌細胞を処理することによってEMTを誘導し、インスリン、デキサメタゾン、ロシグリタゾン、および骨形態形成 その結果、再プログラムされたPy2t細胞は、小分子のカクテルで脂肪形成を受けるように誘導することができることが明らかになった。 TGF-βおよび脂肪形成誘導因子で少なくとも20日の治療後、間葉系特性を有する再プログラムPy2t細胞は、上皮特性を有するそれらの対応と比較して、脂肪形成の調節因子であった有意に高いC/EBPaおよびCCAAT/エンハンサー結合タンパク質ベータ（C/Ebp Β）を発現した。 再プログラムされた乳癌細胞の汎用性の多能性は、転写因子Sp7（Osterix）、コラーゲンII型および性決定領域Y-box9（SOX9）などのosteoおよび軟骨特異的マーカーの検出と骨形成および軟骨形成を含む他の間葉系関連分化によって確認された。 さらに、彼らはMTFLECAD（上皮）とMt Δ Cad（間葉系）マウスモデルを使用して、EMT関連のリプログラミングと再分化プロセスの効率と特異性をテストしました。 In vitro TGF-β誘導リプログラミングとin vivo Creリコンビナーゼ媒介リプログラミングの両方は、乳癌細胞の約60％がC/EBPa+を発現していることを示した。 その結果，ＴＧＦ-βはＩＮＶＩＴＲＯおよびｉｎｖｉｖｏの両方で癌細胞のＥＭＴ関連リプログラミングプロセスおよび間葉系特性を調節する上で重要な役割を果たしていることが確認された。 また、マウスモデルにおけるトラメチニブとロシグリタゾンとの組み合わせ治療は、再プログラムされた乳癌細胞のin vivoでの効率的な脂肪形成につ トラメチニブとロシグリタゾンは米国であるため、 癌細胞初期化療法におけるメディエーターとしてそれらを使用して、EMTと脂肪形成を誘導する食品医薬品局（FDA）承認薬は、他のメディエーターを使用してアプロー 本研究の重要な利点は、乳癌細胞の再プログラミングと再分化を調節する小分子の同定だけでなく、異なる系統を持つ他の多くのタイプの癌における癌細胞の再プログラミングの評価に利用することができる複製可能なモデルの確立のためである。 低分子媒介性癌細胞初期化療法による浸潤性間葉系癌細胞の排除は、後天性化学/ラジオ抵抗性および癌metastasisを治療することができるが、トラメチニブとロシグリタゾンの治療および副作用の予防の特異性は、後の研究でさらに調査されるべきである。

前述のように、癌細胞のリプログラミング中に、細胞のアポトーシスは、細胞増殖と同様に、小分子によって影響されないようである。 例えば、G0/G1期の時間が長くなり、細胞周期促進遺伝子が抑制され、良性の増強が起こっていることを示している。 低分子を介した癌細胞の初期化は、癌細胞から良性細胞への移行を誘導するための非ウイルスおよび非統合アプローチを提供する。 潜在的な戦略の一つとして、このようなリプログラミングアプローチは、効果的に様々な悪性腫瘍の開発と再発を抑制するための大きな約束を保持し

これまでのところ、がん細胞のリプログラミングの進歩は多くの課題に直面しています。 第一に、いくつかのタイプの癌（例えば、鼻咽頭癌）は、未分化癌細胞の大きな亜集団で構成され、そのような癌細胞は、in situ腫瘍の不均一性のために良性細胞 直接再プログラミングは、これらのタイプの癌に適用できる可能性のある実現可能なアプローチである可能性があるが、これまでのところ有望な証拠 第二に、in vitroでの癌細胞のリプログラミングにおいて優れた候補として役立つことができる多くの小分子があるが、それらのうちのいくつかだけが FDAは、それぞれの小分子薬は、その利点と意図された患者の潜在的なリスクに基づいて厳密に見直されなければならないためです。 今後の調査では、安全性と効率性の懸念を最小限に抑えるために、薬理学的薬剤を介した癌細胞のリプログラミングの開発に集中すべきである。 さらに、小さな生化学分子の機能は十分に特異的ではなく、潜在的なオフターゲット効果が再プログラミング中に起こることがあることを示唆している。 さらに、in vivoでの癌細胞の初期化および分化を誘導するための低分子の投与量は、患者における潜在的に有害な有害事象を避けるために慎重に調 したがって，副作用を緩和するためには，癌細胞のリプログラミングの分子機構を正確に解読することが急務である。 多くの治療障害は薬物自体の非効率性ではなく、薬物送達の非効率性に起因するため、再プログラミング関連小分子の効率的な送達方法を採用する

マイクロRnaおよびエキソソームを介した癌細胞リプログラミング：新興の選択肢

miRNA302s、miRNA200c、miRNA369、miRNA34a、およびmiRNA30bを含むマイクロRNAは、多能性関連遺伝子の発現を増強する上で重要であることが報告されている。 マイクロrnaは、特定の細胞型を標的とし、細胞のリプログラミングを操作するための有用なバイオマーカーおよび分子プローブと考えられている。 しかし、マイクロRNAを利用して悪性腫瘍を治療するための細胞転移を正確かつ効率的に調節することは、これまでのところ困難なままである。

Lin et al. まず、ヒト皮膚癌細胞は、ヒトEscに豊富に発現されるが、分化後に急速に消失するmicroRNA-302sを用いてipscに再プログラムすることができることを示した。 マイクロrna-302sトランスフェクションを有する多能性癌細胞は、腫瘍形成性の低下、ゲノム脱メチル化、SSEA-3/4、SOX2、NANOG、およびOct-3/4の発現の上昇を示すことが報告されている。 マイクロrna-302sのサイズはわずか約1kbであったので、トランスフェクション効率はフローサイトメトリー分析に基づいて>99％に達し、外因性因子の しかし、癌細胞のわずか2％-5％が成功した多能性ES様細胞に再プログラムされました。 遺伝子発現分析は、多能性ES様細胞がヒトES細胞株H1およびH9に86％以上の類似性を示したことを明らかにした。 系統特異的分化誘導培地の下では、癌由来のES様細胞はさらにニューロン、軟骨細胞、および線維芽細胞を含む良性細胞に分化した。 MicroRNA-200ファミリーはまた、腫瘍抑制遺伝子E-カドヘリンを阻害することが知られている亜鉛指E-box結合homeobox1（ZEB1）軸を標的とすることを介してEMTを強化す ヒト結腸癌細胞では、microrna34ファミリーに属するメンバーは、腫瘍抑制遺伝子p53の新規転写標的として証明されています。

エキソソームは、胚の微小環境の構成を模倣する成分を保持する能力を有する。 ESC関連のリプログラミング因子は、ヒトESC由来のエキソソームに包まれており、悪性腫瘍から良性への移行を誘導するために癌細胞に送達することが 2017年、Zhou et al. ヒトESC由来エキソソームは、in vitroで癌の増殖を阻害し、in vivoで腫瘍形成を軽減することができることを実証した。 Colo-320とMCF-7癌細胞株ESC条件培地で培養したとき、彼らはOct-4、NANOG、およびSOX2とin vitroで腫瘍形成性の減少を含む多能性関連マーカーの再発現を示し、良性に悪性 乳癌細胞の約90％は、大腸癌細胞のリプログラミング効率が決定されなかったのに対し、ESC条件培地への暴露後にビメンチン発現を失った。 これらの結果は，エキソソームが重要な多能性関連マーカーの発現レベルを促進することによって発癌を抑制できることを示唆した。 その後、癌細胞は多能性の状態に戻り、良性の分化経路を回復させることができる。 しかし、癌由来のES様細胞は、in vivoで腫瘍形成の自由ではなかった、と60％の腫瘍サイズの減少は、ESCs由来のエキソソームで処理した癌細胞で観察されました。 エキソソームを含む条件付き培地は、SおよびG2/M相の時間を低下させるのに対し、G1相の時間を延長することを介して癌増殖を阻害した。 周他 また、サイクリンD1の発現レベルは、g1/S相転移の阻害につながる、調整培地の処理後に網膜芽細胞腫の低リン酸化を維持するために減少したこと また、ヒストンH3のセリン残基10でのリン酸化は、G2相の間に重要なエピジェネティックな変更の一つとして、大幅に減少した。 これまでの知見と一致して、ヒト胚性微小環境由来の様々な物質は、in vivoで癌の進行を阻害し、腫瘍形成を緩和する可能性を有する。