JPWO2007132883A1 - Differentiation of liver cancer, determination of disease stage or prognosis prediction method and kit - Google Patents

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Abstract

血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することで、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測を可能とする。血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測方法であって、前記特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである前記方法。肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測のためのキット、肝癌幹細胞の検出方法、肝癌幹細胞と肝癌非幹細胞を見分ける方法、肝癌幹細胞及びその調製方法も提供される。By measuring the expression of a specific gene in any one of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, it becomes possible to distinguish liver cancer, determine disease stage or predict prognosis. A method for differentiation of liver cancer, determination of disease stage or prediction of prognosis, comprising measuring expression of a specific gene in any of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, wherein the specific gene is SP of liver cancer cells The method as described above, wherein the expression is different between the fraction and the Non-SP fraction. Kits for differentiation of liver cancer, determination of disease stage or prediction of prognosis, methods for detecting liver cancer stem cells, methods for distinguishing liver cancer stem cells from liver cancer non-stem cells, liver cancer stem cells and methods for preparing the same are also provided.

Description

本発明は、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測方法及びキットに関する。   The present invention relates to a method and kit for predicting liver cancer, determining disease stage, or prognosis.

一般に、癌細胞は種種の癌において機能的不均一性を示す(非特許文献1)が、癌はその起源においては単細胞であると考えられてきた(非特許文献2,3)。軟寒天培地におけるコロニー形成アッセイ及び脾臓コロニーアッセイにより、コロニー形成能を有する細胞は小集団であり、大部分の癌細胞はコロニー形成能を有さないことが示された(非特許文献4, 5)。In vivo移植アッセイにおいて、小サブセットの癌細胞を注射しても癌が発生した(非特許文献6, 7)。これらの結果は、少数集団の細胞だけが腫瘍を惹起する能力を有し、大多数の細胞は腫瘍を惹起する活性を欠いていることを示している。これらの実験を観察することにより、2つの一般論が導かれた(非特許文献8, 9)。確率モデルは、確率的な事象を経験することにより、癌が比較的同種の細胞集団と、極度に増殖するポテンシャルを獲得して新たな腫瘍を形成するわずかの細胞とから構成されることを示している。もう一つの仮説(すなわち、階層モデル)は、癌幹細胞のサブ集団が、多様な分化した子孫細胞を含む階層構造を形成し、極度に増殖することにより高頻度で新しい腫瘍を惹起すると仮定する。   In general, cancer cells exhibit functional heterogeneity in various types of cancer (Non-Patent Document 1), but cancer has been considered to be a single cell in its origin (Non-Patent Documents 2 and 3). Colony formation assay and spleen colony assay in soft agar medium showed that cells having colony forming ability are a small population, and most cancer cells have no colony forming ability (Non-patent Documents 4 and 5). ). In the in vivo transplantation assay, cancer occurred even when a small subset of cancer cells were injected (Non-patent Documents 6 and 7). These results indicate that only a small population of cells have the ability to elicit tumors and the majority of cells lack the activity to elicit tumors. By observing these experiments, two general theories were derived (Non-Patent Documents 8 and 9). Probabilistic models show that by experiencing a stochastic event, a cancer is composed of a relatively homogeneous population of cells and a few cells that gain extreme growth potential and form new tumors. ing. Another hypothesis (ie, hierarchical model) assumes that a subpopulation of cancer stem cells forms a hierarchical structure that includes a variety of differentiated progeny cells and induces new tumors with high frequency by proliferating extremely.

フローサイトメトリーを用いる細胞分離、細胞培養、及び免疫不全マウスへの移植といった幹細胞生物学の技術的進歩により、腫瘍における幹細胞の同定が容易になった。非肥満糖尿病/重症複合免疫不全(NOD/SCID)マウスにヒト急性骨髄性白血病を惹起する能力を有する小サブセットの細胞が白血病患者から同定された(非特許文献10)。これらの細胞は、CD34+CD38-細胞として分離され、連続的な移植においても白血病を惹起することができた。さらに、造血性幹細胞と白血病幹細胞の両方の自己複製を調節する共通の機構が存在することが報告されている(非特許文献11)。白血病幹細胞の分野を越えて、フローサイトメトリーを用いて、固形腫瘍における腫瘍形成性のサブ集団を検出する試みもなされている。最近、CD44+CD24-/low ESA(上皮特異的抗原)+乳癌細胞、及び髄芽腫又は神経膠芽腫のCD133+細胞は「癌幹細胞」と予想されるものとして同定された(非特許文献12, 13)。これらの研究において、癌幹細胞として精製された小サブセットの細胞は腫瘍形成ポテンシャルを示したが、腫瘍細胞の大多数はin vivo移植アッセイにおいてそのようなポテンシャルを示さなかった。白血病における癌幹細胞の表現型及び固形腫瘍は、それらの起源幹細胞の大部分を再利用するので、おそらく癌幹細胞は自己複製と分化とのバランスを調節し、正常幹細胞が発生と再生において組織を形成するのと同じようなやり方で腫瘍を再構成しているのだろう。培養及びin vivo移植アッセイから得られるこれらの観察からは、階層モデルが提唱されるかもしれない(非特許文献14)。   Technological advances in stem cell biology such as cell separation using flow cytometry, cell culture, and transplantation into immunodeficient mice have facilitated identification of stem cells in tumors. A small subset of cells having the ability to induce human acute myeloid leukemia in non-obese diabetic / severe combined immunodeficiency (NOD / SCID) mice was identified from leukemia patients (Non-Patent Document 10). These cells were isolated as CD34 + CD38- cells and could induce leukemia even in serial transplantation. Furthermore, it has been reported that there is a common mechanism for regulating self-renewal of both hematopoietic stem cells and leukemia stem cells (Non-patent Document 11). Beyond the leukemia stem cell field, attempts have also been made to detect tumorigenic subpopulations in solid tumors using flow cytometry. Recently, CD44 + CD24− / low ESA (epithelial specific antigen) + breast cancer cells and CD133 + cells of medulloblastoma or glioblastoma have been identified as expected “cancer stem cells” (Non-patent Document 12). , 13). In these studies, a small subset of cells purified as cancer stem cells showed tumorigenic potential, but the majority of tumor cells did not show such potential in in vivo transplantation assays. Cancer stem cell phenotype and solid tumors in leukemia recycle most of their origin stem cells, so cancer stem cells probably regulate the balance between self-renewal and differentiation, and normal stem cells form tissues in development and regeneration They are reconstructing the tumor in the same way they do it. From these observations obtained from culture and in vivo transplantation assays, a hierarchical model may be proposed (Non-Patent Document 14).

肝癌細胞(HCC)は世界中で共通の悪性腫瘍であり、いまだに死亡率が高い(非特許文献15)。遺伝的及び後成的な変化の蓄積が多段階の肝臓癌形成に貢献すると推定されている(非特許文献16-18)。しかしながら、肝臓癌形成の根底にある全体的な機構は明らかに実証されていない。さらに、HCCの細胞起源は解明されずにいる。癌幹細胞と予想されるものを同定し、HCC細胞における階層性を解明することは、肝臓癌形成を理解し、新規治療法を探索することに役立つかもしれない。   Liver cancer cells (HCC) are a common malignant tumor all over the world and still have a high mortality rate (Non-patent Document 15). It has been estimated that accumulation of genetic and epigenetic changes contributes to multistage liver cancer formation (Non-patent Documents 16-18). However, the overall mechanism underlying liver cancer formation has clearly not been demonstrated. Furthermore, the cellular origin of HCC remains unclear. Identifying what is expected to be cancer stem cells and elucidating the hierarchy in HCC cells may help understand liver carcinogenesis and explore new therapies.

Side population(SP)細胞ソーティングは、最初に造血性幹細胞の同定に適用され、多種多様な組織と器官における幹細胞の区画の濃縮に利用されている(非特許文献19-21)。SP細胞は、ATP結合カセット(ABC)膜トランスポーターを通してHoechst 33342色素を流出する能力によって検出される。最近、SP細胞は癌細胞の幹細胞様画分を分離する試みにも用いられた(非特許文献22)。この方法は合理的で価値のあるものと思われる。なぜならば、HCCを含む種種の癌はABCトランスポーターを高度に発現し、多剤耐性に密接に貢献することが示されているからである(非特許文献23)。   Side population (SP) cell sorting is first applied to the identification of hematopoietic stem cells, and is used to concentrate stem cell compartments in a wide variety of tissues and organs (Non-patent Documents 19-21). SP cells are detected by their ability to efflux Hoechst 33342 dye through the ATP binding cassette (ABC) membrane transporter. Recently, SP cells have also been used in attempts to isolate a stem cell-like fraction of cancer cells (Non-patent Document 22). This method seems reasonable and valuable. This is because various cancers including HCC highly express the ABC transporter and have been shown to contribute closely to multidrug resistance (Non-patent Document 23).

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本発明は、肝癌細胞から精製したSP細胞が癌幹細胞様の性質を有するか否かを明らかにした上で、SP細胞とNon-SP細胞との遺伝子発現プロファイルの相違を調べ、その情報を利用して、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測を可能とすることを目的とする。   The present invention clarified whether SP cells purified from hepatoma cells have cancer stem cell-like properties, investigated the difference in gene expression profiles between SP cells and Non-SP cells, and utilized the information Thus, an object is to enable identification of liver cancer, determination of disease stage, or prediction of prognosis.

最近の幹細胞生物学の進歩により、正常固形組織における推定上の幹細胞同様、固形腫瘍における癌幹細胞を同定できるようになった。本発明者らは、癌幹細胞として機能するサブ集団を検出し、それらの腫瘍形成における役割を解明するために、side population(SP)細胞分析とソーティングを行い、肝細胞癌(HCC)の細胞株を確立した。Huh7及びPLC/PRF/5細胞におけるSPサブ集団がそれぞれ全細胞数中0.25%及び0.80%の割合で検出された。SP細胞は、Non-SP細胞と比較して、高い増殖能と抗アポトーシス性を示した。免疫細胞化学検査により、SP画分は肝細胞と胆管細胞の両方の系譜の特徴を提示する多数の細胞を含んでいることが明らかになった。非肥満糖尿病/重症複合免疫不全(NOD/SCID)マウスへの異種移植実験により、腫瘍形成には、わずか1x103 個のSP細胞で十分であったのに対して、1x10 個のNon-SP細胞を注射しても腫瘍は惹起されないことが明らかになった。SP細胞が誘導した腫瘍を再分析したところ、SP細胞はSP細胞とNon-SP細胞の両方を生成し、腫瘍を惹起するポテンシャルは連続的な移植においてSP細胞のみに維持されていた。マイクロアレイ分析によりSP細胞とNon-SP細胞との遺伝子発現プロファイルの相違が明らかになり、いくつかのいわゆる「幹細胞性遺伝子(stemness genes)」がHCC細胞中のSP細胞においてアップレギュレートしていた。結論として、本発明者らは、HCC細胞中のSP細胞として検出された少数のものが、非常に高い腫瘍形成ポテンシャルを有し、明らかな階層構造によって特徴付けされる癌幹細胞システムにおける不均一性を構成していることを提唱する。Recent advances in stem cell biology have made it possible to identify cancer stem cells in solid tumors as well as putative stem cells in normal solid tissues. In order to detect subpopulations functioning as cancer stem cells and elucidate their role in tumorigenesis, the present inventors performed side population (SP) cell analysis and sorting, and hepatocellular carcinoma (HCC) cell line Established. SP subpopulations in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells were detected in 0.25% and 0.80% of the total cell number, respectively. SP cells showed higher proliferation ability and anti-apoptosis than non-SP cells. Immunocytochemistry revealed that the SP fraction contains a large number of cells that display lineage characteristics of both hepatocytes and bile duct cells. Xenotransplantation experiments in non-obese diabetic / severe combined immunodeficiency (NOD / SCID) mice showed that only 1 × 10 3 SP cells were sufficient for tumor formation, whereas 1 × 10 6 Non-SP It became clear that injection of cells did not cause tumors. Re-analysis of tumors induced by SP cells revealed that SP cells generated both SP cells and Non-SP cells, and the potential for inducing tumors was maintained only in SP cells in successive transplants. Microarray analysis revealed differences in gene expression profiles between SP cells and Non-SP cells, and several so-called “stemness genes” were up-regulated in SP cells in HCC cells. In conclusion, we have found that a small number of SP cells detected in HCC cells have a very high tumorigenic potential and are heterogeneous in the cancer stem cell system characterized by a clear hierarchical structure I advocate that it is composed.

SP細胞とNon-SP細胞との間で遺伝子発現プロファイルを比較したときに、SP細胞でアップレギュレートした遺伝子及びダウンレギュレートした遺伝子は、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測のマーカーとして利用可能である。   When gene expression profiles are compared between SP and Non-SP cells, genes that are up-regulated and down-regulated in SP cells can be used to differentiate liver cancer, determine disease stage, or predict prognosis. It can be used as a marker.

本発明の要旨は以下の通りである。
(1) 血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測方法であって、前記特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである前記方法。
(2) 特定の遺伝子が、表A、B、C又はDのいずれかに列挙されている遺伝子の少なくとも1つである(1)記載の方法。
(3) 表A及び/又はCに列挙されている遺伝子の少なくとも1つの発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する(2)記載の方法。
The gist of the present invention is as follows.
(1) A method for differentiation of liver cancer, determination of disease stage or prediction of prognosis, comprising measuring the expression of a specific gene in any of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, wherein the specific gene is liver cancer The aforementioned method, wherein the expression is different between the SP fraction of cells and the Non-SP fraction.
(2) The method according to (1), wherein the specific gene is at least one of the genes listed in any of Tables A, B, C, or D.
(3) When the expression of at least one of the genes listed in Tables A and / or C is elevated, liver cancer is highly malignant, the disease is progressing, or the patient has a poor prognosis, or The method according to (2), wherein a risk of recurrence is predicted to be high.

(4) 表B及び/又はDに列挙されている遺伝子の少なくとも1つの発現が低下している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する(2)記載の方法。
(5) 特定の遺伝子が、CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR及びPF6からなる群並びにPCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1及びSESN3からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子である(1)記載の方法。
(4) When the expression of at least one of the genes listed in Tables B and / or D is decreased, the malignancy of liver cancer is high, the disease is progressing, or the patient has a poor prognosis, or The method according to (2), wherein a risk of recurrence is predicted to be high.
(5) Specific genes are CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTOS558 FAM20A, FGF18, HOXA13, FOLR1, TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR and PF6 and PCOTH, ZCCHC6, INHBC, ATP8B3, TAL1, FGF1, ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, NUSAP1 and SESN3 The method according to (1), which is at least one gene to be selected.

(6) CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR及びPF6からなる群から選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する(5)記載の方法。
(7) PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1及びSESN3からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が低下している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する(5)記載の方法。
(6) CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, XTN20, RTTN, FAM Expression of at least one gene selected from the group consisting of FOLR1, TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR and PF6 The method according to (5), wherein when it is elevated, it is predicted that the malignancy of liver cancer is high, the disease is progressing, the prognosis of the patient is poor, or the risk of recurrence is high.
(7) PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3, TAL1, FGF1, ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, NF A1, HELLS, , If the expression of at least one gene selected from the group consisting of NUSAP1 and SESN3 is reduced, the risk of liver cancer is high, the disease is advanced, the patient has a poor prognosis, or recurrence (5) The method of description which estimates that it is high.

(8) 特定の遺伝子が、XRCC5である(1)記載の方法。
(9) XRCC5の発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する(8)記載の方法。
(10) 特定の遺伝子の発現をタンパク質レベルで測定する(1)〜(9)のいずれかに記載の方法。
(11) 特定の遺伝子の発現をRNAレベルで測定する(1)〜(9)のいずれかに記載の方法。
(12) 肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子の発現を測定することができる試薬を含む、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測のためのキット。
(8) The method according to (1), wherein the specific gene is XRCC5.
(9) The method according to (8), wherein when the expression of XRCC5 is elevated, the cancer malignancy is high, the disease is progressing, the patient has a poor prognosis, or the risk of recurrence is high .
(10) The method according to any one of (1) to (9), wherein expression of a specific gene is measured at a protein level.
(11) The method according to any one of (1) to (9), wherein the expression of a specific gene is measured at the RNA level.
(12) For differentiation of liver cancer, determination of disease stage, or prediction of prognosis, including a reagent capable of measuring the expression of a gene whose expression is different between the SP fraction and non-SP fraction of liver cancer cells kit.

(13) 血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝癌幹細胞の検出方法であって、前記特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである前記方法。
(14) 血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝癌幹細胞と肝癌非幹細胞とを見分ける方法であって、前記特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである前記方法。
(15) 二次移植をした場合に、腫瘍形成能を保持している肝癌細胞。
(16) side population細胞分離法により、蛍光シグナルの弱い細胞集団を分離することを含む、(15)記載の肝癌細胞の調製方法。
(17) (15)記載の肝癌細胞を用いて、抗癌剤をスクリーニングする方法。
(13) A method for detecting liver cancer stem cells, comprising measuring the expression of a specific gene in any one of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, wherein the specific gene comprises an SP fraction of a liver cancer cell and a Non-SP The above-mentioned method, wherein the expression is different between the fractions.
(14) A method for distinguishing between hepatoma stem cells and hepatoma non-stem cells, comprising measuring the expression of a particular gene in any of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, wherein the particular gene is an SP image of hepatoma cells. The method, wherein the expression is different between the fraction and the Non-SP fraction.
(15) Liver cancer cells retaining tumorigenicity when secondary transplantation is performed.
(16) The method for preparing a hepatoma cell according to (15), comprising separating a cell population having a weak fluorescence signal by a side population cell separation method.
(17) A method for screening an anticancer agent using the liver cancer cell according to (15).

本発明により、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測の診断マーカーが提供された。
本発明により、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測方法及びキットも提供された。
また、本発明により、肝癌幹細胞の検出方法、肝癌幹細胞と肝癌非幹細胞とを見分ける方法、肝癌幹細胞及びその調製方法が提供された。
本明細書は、本願の優先権の基礎である日本国特許出願、特願2006‐138072号の明細書および/または図面に記載される内容を包含する。
According to the present invention, diagnostic markers for differentiation of liver cancer, determination of disease stage, or prediction of prognosis are provided.
The present invention also provides a method and kit for predicting liver cancer, determining a disease stage, or predicting prognosis.
The present invention also provides a method for detecting liver cancer stem cells, a method for distinguishing liver cancer stem cells from liver cancer non-stem cells, a liver cancer stem cell, and a method for preparing the same.
This specification includes the contents described in the specification and / or drawings of Japanese Patent Application No. 2006-138072 which is the basis of the priority of the present application.

SP細胞分析。HepG2及びHuh6細胞はSP画分を含まないが、Huh7及びPLC/PRF/5細胞においては、それぞれ、0.25%及び0.80%のSPサブ集団が検出された。SP細胞はHoechst及びベラパミル処理により消失した。SP cell analysis. HepG2 and Huh6 cells do not contain the SP fraction, whereas 0.25% and 0.80% SP subpopulations were detected in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells, respectively. SP cells disappeared by Hoechst and verapamil treatment. Huh7及びPLC/PRF/5細胞における分離後、24、48及び72時間目の細胞生存率(A, B)及びアポトーシス感受性(C, D)。Huh7及びPLC/PRF/5細胞から精製されたSP細胞は、対応するNon-SP細胞より高い生存率を示した。SP細胞におけるTUNEL陽性細胞の数は一貫して両細胞中のNon-SP細胞におけるTUNEL陽性細胞の数より多かった。*は統計的有意差あり。Cell viability (A, B) and apoptotic sensitivity (C, D) at 24, 48 and 72 hours after separation in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells. SP cells purified from Huh7 and PLC / PRF / 5 cells showed higher survival than the corresponding Non-SP cells. The number of TUNEL positive cells in SP cells was consistently higher than the number of TUNEL positive cells in Non-SP cells in both cells. * Indicates statistical significance. Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞における免疫組織化学分析。(A-D)AFP及びCK19発現をHuh7 SP細胞(A)、Huh7 Non-SP細胞(B)、PLC/PRF/5 SP細胞(C)及びPLC/PRF/5 Non-SP細胞(D)において調べた。(E, F) AFP又はCK19のいずれかに陽性の細胞はNon-SP細胞に優先的に見いだされたが、AFP及びCK19の両方に対して陽性である多数の細胞がHuh7 SP細胞(E)及びPLC/PRF/5 SP細胞(F)において観察された。スケールバー=(a, b)20μm; (c,d)=50μmImmunohistochemical analysis in Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells. (AD) AFP and CK19 expression was examined in Huh7 SP cells (A), Huh7 Non-SP cells (B), PLC / PRF / 5 SP cells (C) and PLC / PRF / 5 Non-SP cells (D) . (E, F) Cells positive for either AFP or CK19 were found preferentially in Non-SP cells, but many cells positive for both AFP and CK19 were Huh7 SP cells (E) And observed in PLC / PRF / 5 SP cells (F). Scale bar = (a, b) 20 μm; (c, d) = 50 μm SP細胞における腫瘍形成性。(a)1x103個のHuh7 SP細胞の注射による代表的な皮下腫瘍(矢印)。Huh7 SP細胞(b)及びPLC/PRF/5 SP細胞(c)に由来する腫瘍のヘマトキシリン及びエオシン染色。Non-SP細胞の移植は16週間で腫瘍を惹起することはできなかった。スケールバー=50μmTumorigenicity in SP cells. (a) Representative subcutaneous tumor (arrow) by injection of 1 × 10 3 Huh7 SP cells. Hematoxylin and eosin staining of tumors derived from Huh7 SP cells (b) and PLC / PRF / 5 SP cells (c). Non-SP cell transplantation failed to elicit tumors in 16 weeks. Scale bar = 50 μm SPに由来する腫瘍の再分析。Huh7及びPLC/PRF/5 SPに由来する腫瘍細胞におけるSPサブ集団をそれぞれ0.34%及び0.90%で検出した。SP分析パターンは以前に分離したHuh7及びPLC/PRF/5細胞のそれと似ていた。Reanalysis of SP-derived tumors. SP subpopulations in tumor cells derived from Huh7 and PLC / PRF / 5 SP were detected at 0.34% and 0.90%, respectively. The SP analysis pattern was similar to that of previously separated Huh7 and PLC / PRF / 5 cells. マイクロアレイに基づく遺伝子発現プロファイル。(A) Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞においてアップレギュレートした(比>2.0)遺伝子中、440及び789個の遺伝子がそれぞれ特徴付けされた。それらの遺伝子は11群にカテゴリー化された。(B)HCC SP細胞における遺伝子発現プロファイル中の幹細胞性の遺伝子と、Ramalho-SantosらとIvanovaらにより報告された幹細胞濃縮遺伝子との重複。(C)リアルタイムRT-PCRにより算出されたSP/Non-SPのfold changeはマイクロアレイデータのそれと比較的一致している。ESCは胚性幹細胞、NSCは神経幹細胞、HSCは造血幹細胞。Gene expression profile based on microarray. (A) Of the genes up-regulated in Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells (ratio> 2.0), 440 and 789 genes were characterized, respectively. Those genes were categorized into 11 groups. (B) Overlapping of stem cell genes in gene expression profiles in HCC SP cells with stem cell enriched genes reported by Ramalho-Santos et al. And Ivanova et al. (C) The fold change of SP / Non-SP calculated by real-time RT-PCR is relatively consistent with that of microarray data. ESC is embryonic stem cell, NSC is neural stem cell, HSC is hematopoietic stem cell.

以下、本発明の実施の形態についてより詳細に説明する。
本発明は、血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測方法を提供する。特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである。「発現が相違する」態様としては、遺伝子の発現の有無が異なること、発現量が異なることが挙げられる。特定の遺伝子は、表A、B、C又はDのいずれかに列挙されている遺伝子の少なくとも1つであることが好ましく、1種でも複数種であってもよい。例えば、CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR、PF6、PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1、SESN3、XRCC5などを例示することができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail.
The present invention provides a method for differentiating liver cancer, determining a disease stage, or predicting prognosis, including measuring the expression of a specific gene in any of blood, liver cancer cells, or liver cancer tissue. Specific genes are expressed differently in the SP fraction and Non-SP fraction of hepatoma cells. Examples of “different expression” include the presence or absence of gene expression and the difference in expression level. The specific gene is preferably at least one of the genes listed in any of Tables A, B, C, or D, and may be one or more. For example, CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTTN, FAM20, RTTN, FAM20 FOLR1, TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR, PF6, PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3 Examples include ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, NUSAP1, SESN3, and XRCC5.

表Aには、Huh7 SP細胞でアップレギュレートした遺伝子(後述の実施例で確認)をまとめた。表Bには、Huh7 SP細胞でダウンレギュレートした遺伝子(後述の実施例で確認)をまとめた。表Cには、Alexander細胞(PLC/PRF/5 SP細胞と同じ細胞株)でアップレギュレートした遺伝子(後述の実施例で確認)をまとめた。表Dには、Alexander細胞(PLC/PRF/5 SP細胞と同じ細胞株)でダウンレギュレートした遺伝子(後述の実施例で確認)をまとめた。表中、1列目には発現量、2列目には遺伝子名(略号:NCBIシンボルネーム)、3列目にはGeneBankの登録番号、4〜7列目には遺伝子名、8列目にはクローニング方法、9列目にはUnigene(ユニジーン)登録番号を記載した。
PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1及びSESN3は、Huh7 SP細胞及びAlexander細胞(PLC/PRF/5 SP細胞と同じ細胞株)の両方でダウンレギュレートした遺伝子(後述の実施例で確認)である。
Table A summarizes genes up-regulated in Huh7 SP cells (confirmed in the examples below). Table B summarizes the genes down-regulated in Huh7 SP cells (confirmed in the examples below). Table C summarizes genes upregulated in Alexander cells (same cell lines as PLC / PRF / 5 SP cells) (confirmed in Examples described below). Table D summarizes the genes down-regulated in Alexander cells (same cell lines as PLC / PRF / 5 SP cells) (confirmed in the examples below). In the table, expression level in the first column, gene name in the second column (abbreviation: NCBI symbol name), GeneBank registration number in the third column, gene name in the fourth to seventh columns, and gene name in the eighth column Indicates the cloning method and the 9th column contains the Unigene registration number.
PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3, TAL1, FGF1, ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, SAP1 SESN3 is a gene that was down-regulated in both Huh7 SP cells and Alexander cells (the same cell line as PLC / PRF / 5 SP cells) (confirmed in the examples described later).

CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR及びPF6は、Huh7 SP細胞及びAlexander細胞(PLC/PRF/5 SP細胞と同じ細胞株)の両方でアップレギュレートした遺伝子(後述の実施例で確認)である。
XRCC5は、Huh7 SP細胞及びAlexander細胞(PLC/PRF/5 SP細胞と同じ細胞株)の両方でアップレギュレーションを示す幹細胞性遺伝子(後述の実施例で確認)である。
例えば、以下のように、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測をすることができる。
CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTTN, FAM20A, FGF TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR and PF6 are Huh7 SP cells and Alexander cells (with PLC / PRF / 5 SP cells) Genes up-regulated in both (same cell line) (confirmed in Examples below).
XRCC5 is a stem cell gene that is up-regulated in both Huh7 SP cells and Alexander cells (the same cell line as PLC / PRF / 5 SP cells) (confirmed in the examples described later).
For example, liver cancer can be identified, disease stage can be determined, or prognosis can be predicted as follows.

1.表A及び/又はCに列挙されている遺伝子の少なくとも1つの発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する。
2.表B及び/又はDに列挙されている遺伝子の少なくとも1つの発現が低下している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する。
3.CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR及びPF6からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する。
1. Risk of increased malignancy of liver cancer, advanced disease, poor patient prognosis, or recurrence when expression of at least one of the genes listed in Tables A and / or C is elevated Is expected to be high.
2. Risk of high grade of liver cancer, advanced disease, poor patient prognosis, or recurrence when expression of at least one of the genes listed in Tables B and / or D is reduced Is expected to be high.
3. CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTTN, FAM20A, FGF Increased expression of at least one gene selected from the group consisting of TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR and PF6 Predictive that liver cancer is highly malignant, disease is progressing, patient prognosis is poor, or recurrence risk is high.

4.PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1及びSESN3からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が低下している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する。
5.XRCC5の発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する。
4). PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3, TAL1, FGF1, ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, SAP1 When the expression of at least one gene selected from the group consisting of SESN3 is decreased, the malignancy of liver cancer is high, the disease is progressing, the patient has a poor prognosis, or the risk of recurrence is high Predict.
5. If the expression of XRCC5 is elevated, predict that liver cancer is highly malignant, the disease is progressing, the patient has a poor prognosis, or the risk of recurrence is high.

本発明の鑑別、判定又は予測方法において、特定の遺伝子の発現が上昇又は低下していると判断する際には、正常肝細胞又は肝組織をコントロールとして比較するとよい。あるいは、予後不良肝癌(再発・浸潤・転移あり)と予後良好肝癌(再発・浸潤・転移無し)との間で特定の遺伝子の発現を比較してもよい。その場合、コントロールは予後良好肝癌となる。
本発明の方法において、血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現は、タンパク質レベルで測定してもよいし、RNAレベルで測定してもよい。例えば、ノーザンブロット法、PCR法、ウェスタンブロット法、免疫組織化学分析法などで測定することができる。あるいはまた、cDNAマイクロアレイ、ELISA法などを利用して測定してもよい。
In the differentiation, determination or prediction method of the present invention, when it is determined that the expression of a specific gene is increased or decreased, normal hepatocytes or liver tissue may be compared as a control. Alternatively, expression of a specific gene may be compared between liver cancer with poor prognosis (with recurrence / invasion / metastasis) and liver cancer with good prognosis (without recurrence / invasion / metastasis). In that case, the control is a liver cancer with a good prognosis.
In the method of the present invention, the expression of a specific gene in any one of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue may be measured at the protein level or at the RNA level. For example, it can be measured by Northern blotting, PCR, Western blotting, immunohistochemical analysis and the like. Alternatively, measurement may be performed using a cDNA microarray, ELISA method or the like.

特定の遺伝子の発現をタンパク質レベルで測定するためには、測定の対象となるタンパク質を特異的に認識する抗体を用いるとよい。抗体は、モノクローナル抗体、ポリクローナル抗体のいずれであってもよい。これらの抗体は公知の方法で製造することができるし、また、市販されているものもある。ウェスタンブロット法で測定する場合には、抗体は、125I標識プロテインA、ペルオキシダーゼ結合IgGなどを用いて二次的に検出される。免疫組織化学分析法で測定する場合には、抗体は、蛍光色素、フェリチン、酵素などで標識するとよい。In order to measure the expression of a specific gene at the protein level, an antibody that specifically recognizes the protein to be measured may be used. The antibody may be either a monoclonal antibody or a polyclonal antibody. These antibodies can be produced by known methods, and some are commercially available. When measured by Western blotting, the antibody is secondarily detected using 125 I-labeled protein A, peroxidase-conjugated IgG, or the like. When measurement is performed by immunohistochemical analysis, the antibody may be labeled with a fluorescent dye, ferritin, enzyme, or the like.

特定の遺伝子の発現をRNAレベルで測定するためには、測定の対象となる遺伝子のmRNAと特異的にハイブリダイズできる核酸プローブを用いるとよい(ノーザンブロット法で測定する場合)。あるいはまた、測定の対象となる遺伝子のmRNAと特異的にハイブリダイズできる核酸プライマー及び前記mRNAを鋳型として合成されるcDNAと特異的にハイブリダイズできる核酸プライマーからなる1対の核酸プライマーを用いてもよい(PCR法で測定する場合)。核酸プローブ及び核酸プライマーは、測定の対象となる遺伝子の配列情報に基づいて設計することができる。核酸プローブは、通常、約15〜1500塩基のものが適当である。核酸プローブは、放射性元素、蛍光色素、酵素などで標識するとよい。核酸プライマーは、通常、約15〜30塩基のものが適当である。   In order to measure the expression of a specific gene at the RNA level, a nucleic acid probe that can specifically hybridize with the mRNA of the gene to be measured may be used (when measured by Northern blotting). Alternatively, a pair of nucleic acid primers comprising a nucleic acid primer that can specifically hybridize with mRNA of a gene to be measured and a nucleic acid primer that can specifically hybridize with cDNA synthesized using the mRNA as a template may be used. Good (when measuring by PCR method). The nucleic acid probe and the nucleic acid primer can be designed based on the sequence information of the gene to be measured. The nucleic acid probe is usually about 15 to 1500 bases. The nucleic acid probe may be labeled with a radioactive element, a fluorescent dye, an enzyme, or the like. The nucleic acid primer is usually about 15 to 30 bases.

本発明において、血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子発現の有無を検出してもよいし、発現量を測定してもよい。遺伝子発現の有無は、所定の位置におけるスポットやバンドの出現の有無により確認できる。遺伝子の発現量はスポットやバンドの染色強度により測定できる。あるいはまた、遺伝子発現産物であるタンパク質及び/又は遺伝子転写産物であるmRNAを公知の方法で定量してもよい。複数の遺伝子発現や複数のタンパク発現を同時に検出するためには、DNAアレイ(プローブを基板に固定)(NATURE REVIEWS, DRUG DISCOVERY, VOLUME 1, DECEMBER 2002, 951-960)、プロテインチップ(抗体を基板に固定)(NATURE REVIEWS, DRUG DISCOVERY, VOLUME 1, SEPTEMBER 2002, 683-695)、ルミネックス(NATURE REVIEWS, DRUG DISCOVERY, VOLUME 1, JUNE 2002, 447-456)等の検出法を用いることが好ましい。   In the present invention, the presence or absence of specific gene expression in blood, liver cancer cells, or liver cancer tissue may be detected, or the expression level may be measured. The presence or absence of gene expression can be confirmed by the presence or absence of the appearance of spots or bands at a predetermined position. The gene expression level can be measured by the staining intensity of spots and bands. Alternatively, a protein that is a gene expression product and / or mRNA that is a gene transcription product may be quantified by a known method. In order to detect multiple gene expression and multiple protein expression at the same time, DNA array (probe is fixed to substrate) (NATURE REVIEWS, DRUG DISCOVERY, VOLUME 1, DECEMBER 2002, 951-960), protein chip (antibody substrate) It is preferable to use a detection method such as (NATURE REVIEWS, DRUG DISCOVERY, VOLUME 1, SEPTEMBER 2002, 683-695), Luminex (NATURE REVIEWS, DRUG DISCOVERY, VOLUME 1, JUNE 2002, 447-456).

血液、肝癌細胞又は肝癌組織は判定の対象となる被験体に由来するものであるとよく、被験体の生物種としては、ヒト、ブタ、サル、チンパンジー、イヌ、ウシ、ウサギ、ラット、マウスなどの哺乳動物を挙げることができる。
本発明の方法により、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測をするためには、肝癌生検試料、あるいはそこから得られる培養肝癌細胞、培養肝癌組織、血液などを用いることができる。肝癌生検試料としては、外科手術により摘出した腫瘍組織を挙げることができる。
本発明は、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測のためのキットも提供する。本発明のキットは、肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子の発現を測定することができる試薬を含む。
The blood, liver cancer cells or liver cancer tissue is preferably derived from the subject to be determined, and the biological species of the subject is human, pig, monkey, chimpanzee, dog, cow, rabbit, rat, mouse, etc. Can be mentioned.
In order to differentiate liver cancer, determine disease stage or predict prognosis by the method of the present invention, a liver cancer biopsy sample, or cultured liver cancer cells, cultured liver cancer tissue, blood and the like obtained therefrom can be used. . An example of a liver cancer biopsy sample is a tumor tissue removed by surgery.
The present invention also provides a kit for differentiation of liver cancer, determination of disease stage, or prediction of prognosis. The kit of the present invention contains a reagent capable of measuring the expression of genes whose expression is different between the SP fraction and non-SP fraction of liver cancer cells.

一つの例として、本発明のキットは、肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子の発現産物であるタンパク質を特異的に認識できる抗体を試薬として含む。肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子は、表A、B、C又はDのいずれかに列挙されている遺伝子の少なくとも1つであることが好ましく、1種でも複数種であってもよい。例えば、CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR、PF6、PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1、SESN3、XRCC5などを例示することができる。キットには、さらに、血液、肝癌細胞又は組織を採取するための器具、肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子の発現産物であるタンパク質を免疫化学的に検出するための試薬一式、取扱説明書などが含まれてもよい。取扱説明書には、キットの使用方法の他、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測基準なども記載しておくとよい。   As one example, the kit of the present invention contains, as a reagent, an antibody capable of specifically recognizing a protein that is an expression product of a gene whose expression is different between the SP fraction and non-SP fraction of hepatoma cells. The gene whose expression is different between the SP fraction and the non-SP fraction of hepatoma cells is preferably at least one of the genes listed in Table A, B, C or D. However, multiple types may be used. For example, CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTTN, FAM20, RTTN, FAM20 FOLR1, TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR, PF6, PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3 Examples include ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, NUSAP1, SESN3, and XRCC5. The kit further includes an instrument for collecting blood, liver cancer cells or tissues, and immunochemically detects proteins that are expression products of genes that differ in expression between the SP and non-SP fractions of liver cancer cells. A set of reagents, instruction manuals, etc. may be included. In addition to the method of using the kit, the instruction manual may also include identification of liver cancer, determination of disease stage, prediction criteria for prognosis, and the like.

別の一例として、本発明のキットは、肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子の転写産物であるmRNAと特異的にハイブリダイズできる核酸プローブを試薬として含む。肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子は、表A、B、C又はDのいずれかに列挙されている遺伝子の少なくとも1つであることが好ましく、1種でも複数種であってもよい。例えば、CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR、PF6、PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1、SESN3、XRCC5などを例示することができる。キットには、さらに、血液、肝癌細胞又は組織を採取するための器具、採取した血液、肝癌細胞又は組織からRNAを抽出するための試薬類、RNAをノーザンブロット法で分析するための試薬類、取扱説明書などが含まれてもよい。取扱説明書には、キットの使用方法の他、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測基準なども記載しておくとよい。   As another example, the kit of the present invention contains, as a reagent, a nucleic acid probe that can specifically hybridize with mRNA, which is a transcription product of a gene whose expression is different between the SP fraction and non-SP fraction of liver cancer cells. The gene whose expression is different between the SP fraction and the non-SP fraction of hepatoma cells is preferably at least one of the genes listed in Table A, B, C or D. However, multiple types may be used. For example, CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTTN, FAM20, RTTN, FAM20 FOLR1, TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR, PF6, PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3 Examples include ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, NUSAP1, SESN3, and XRCC5. The kit further includes an instrument for collecting blood, liver cancer cells or tissues, reagents for extracting RNA from the collected blood, liver cancer cells or tissues, reagents for analyzing RNA by Northern blotting, Instruction manuals may be included. In addition to the method of using the kit, the instruction manual may also include identification of liver cancer, determination of disease stage, prediction criteria for prognosis, and the like.

さらに別の一例として、本発明のキットは、肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子の転写産物であるmRNAと特異的にハイブリダイズできる核酸プライマー及び前記mRNAを鋳型として合成されるcDNAと特異的にハイブリダイズできる核酸プライマーからなる1対の核酸プライマーを試薬として含む。肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子は、表A、B、C又はDのいずれかに列挙されている遺伝子の少なくとも1つであることが好ましく、1種でも複数種であってもよい。例えば、CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR、PF6、PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1、SESN3、XRCC5などを例示することができる。キットには、さらに、血液、肝癌細胞又は組織を採取するための器具、採取した血液、肝癌細胞又は組織からRNAを抽出するための試薬類、RNAをRT-PCR法で分析するための試薬類、取扱説明書などが含まれるとよい。取扱説明書には、キットの使用方法の他、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測基準なども記載しておくとよい。   As yet another example, the kit of the present invention comprises a nucleic acid primer capable of specifically hybridizing with an mRNA that is a transcription product of a gene whose expression is different between the SP fraction and non-SP fraction of hepatoma cells, and the mRNA. A pair of nucleic acid primers comprising a nucleic acid primer that can specifically hybridize with cDNA synthesized as a template is included as a reagent. The gene whose expression is different between the SP fraction and the non-SP fraction of hepatoma cells is preferably at least one of the genes listed in Table A, B, C or D. However, multiple types may be used. For example, CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTTN, FAM20, RTTN, FAM20 FOLR1, TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR, PF6, PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3 Examples include ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, NUSAP1, SESN3, and XRCC5. The kit further includes an instrument for collecting blood, liver cancer cells or tissues, reagents for extracting RNA from the collected blood, liver cancer cells or tissues, and reagents for analyzing RNA by RT-PCR. , Instruction manual etc. should be included. In addition to the method of using the kit, the instruction manual may also include identification of liver cancer, determination of disease stage, prediction criteria for prognosis, and the like.

さらに、本発明は、血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝癌幹細胞の検出方法を提供する。特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである。肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものは前述の通りである。
さらにまた、本発明は、血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝癌幹細胞と肝癌非幹細胞とを見分ける方法を提供する。特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである。肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものは前述の通りである。
Furthermore, the present invention provides a method for detecting liver cancer stem cells, comprising measuring the expression of a specific gene in any one of blood, liver cancer cells or liver cancer tissues. Specific genes are expressed differently in the SP fraction and Non-SP fraction of hepatoma cells. The expression differences between the SP fraction and the non-SP fraction of hepatoma cells are as described above.
Furthermore, the present invention provides a method for distinguishing liver cancer stem cells from liver cancer non-stem cells, comprising measuring the expression of a specific gene in any of blood, liver cancer cells, or liver cancer tissues. Specific genes are expressed differently in the SP fraction and Non-SP fraction of hepatoma cells. The expression differences between the SP fraction and the non-SP fraction of hepatoma cells are as described above.

本発明は、二次移植をした場合に、腫瘍形成能を保持している肝癌細胞を提供する。この細胞は肝癌幹細胞と考えられる。この細胞は、side population細胞分離法により、蛍光シグナルの弱い細胞集団を分離することにより、調製することができる。具体的には、後述の実施例に記載のようにして、肝癌幹細胞を調製することができる。簡単に説明すると、肝臓癌由来の細胞をHoechst 33342とともにインキュベートした後、濾過などの手法で単一の懸濁細胞を得る。細胞内に残存するHoechst 33342をUVレーザーで350 nmにて励起し、蛍光の発光を405/BP30(Hoechst blue)及び570/BP20(Hoechst red)光フィルターで測定する。Hoechst 33342は、膜透過性の高いDNA結合色素で、UV励起により短波長の青色と長波長の赤色の蛍光を発する。かくして、肝癌幹細胞は、蛍光シグナルの弱い細胞の亜集団として検出される。この亜集団は、フローサイトメーターを用いたソーティングにより分取することができる。この亜集団の細胞を免疫不全動物に移植し、形成された腫瘍を採取して、刻んだ後に、コラゲナーゼで消化してバラバラになった細胞を培養する。培養細胞を採取し、再度、side population細胞分離法により、蛍光シグナルの弱い細胞集団を分離して、免疫不全動物に移植すると、腫瘍が形成されうる。このような細胞を標的とする薬剤を開発することができれば、新規な抗癌剤として有効に利用できる。   The present invention provides hepatoma cells that retain tumorigenicity when secondary transplantation is performed. This cell is considered a liver cancer stem cell. This cell can be prepared by separating a cell population having a weak fluorescence signal by a side population cell separation method. Specifically, hepatoma stem cells can be prepared as described in Examples below. Briefly, after incubating liver cancer-derived cells with Hoechst 33342, single suspension cells are obtained by techniques such as filtration. Hoechst 33342 remaining in the cells is excited with a UV laser at 350 nm, and fluorescence emission is measured with a 405 / BP30 (Hoechst blue) and 570 / BP20 (Hoechst red) light filter. Hoechst 33342 is a DNA-binding dye with high membrane permeability, and emits short-wavelength blue and long-wavelength red fluorescence by UV excitation. Thus, hepatoma stem cells are detected as a subpopulation of cells with weak fluorescence signals. This subpopulation can be sorted by sorting using a flow cytometer. The cells of this subpopulation are transplanted into an immunodeficient animal, and the formed tumor is collected and minced, and then the cells that have been separated by digestion with collagenase are cultured. When a cultured cell is collected, and a cell population having a weak fluorescent signal is separated again by a side population cell separation method and transplanted into an immunodeficient animal, a tumor can be formed. If a drug targeting such cells can be developed, it can be effectively used as a novel anticancer agent.

本発明は、二次移植をした場合に、腫瘍形成能を保持している肝癌細胞を用いて、抗癌剤をスクリーニングする方法も提供する。
例えば、被験物質の存在下又は非存在下で、本発明の肝癌幹細胞を培養し、被験物質の存在下で培養した細胞と被験物質の非存在下で培養した細胞の増殖率又は生存率を比較するとよい。被験物質の非存在下で培養した細胞と比較して、被験物質の存在下で培養した細胞の増殖率又は生存率が低下した場合には、その物質は抗癌剤として有効であると考えられる。肝癌幹細胞の培養は、スクリーニングに適したいかなる条件下で行ってもよい。細胞の生存率及び増殖率は、例えば、MTT法(Carmichael et al., Cancer Res. 47:936-942, 1987)などの手法で生細胞数を測定することにより、調べることができる。
The present invention also provides a method of screening for an anticancer agent using hepatoma cells retaining tumorigenicity when secondary transplantation is performed.
For example, the liver cancer stem cells of the present invention are cultured in the presence or absence of the test substance, and the growth rate or survival rate of the cells cultured in the presence of the test substance and the cells cultured in the absence of the test substance are compared. Good. If the growth rate or survival rate of cells cultured in the presence of the test substance is reduced compared to cells cultured in the absence of the test substance, the substance is considered to be effective as an anticancer agent. The culture of liver cancer stem cells may be performed under any conditions suitable for screening. The cell viability and proliferation rate can be examined, for example, by measuring the number of living cells by a technique such as the MTT method (Carmichael et al., Cancer Res. 47: 936-942, 1987).

あるいはまた、本発明の肝癌幹細胞を移植することにより腫瘍を形成した免疫不全動物を用いて、被験物質の抗癌活性を調べてもよい。抗癌活性は、例えば、被験物質を投与した動物とコントロール(被験物質を投与しない動物)との間で、腫瘍重量、動物の生存率、生存日数などを比較することにより、評価することができる。コントロールと比較して、被験物質を投与した動物で、腫瘍重量の減少、動物の生存率の上昇、生存日数の長期化が観察されれば、その物質は抗癌剤として有効であると考えられる。
被験物質は、天然物又は合成品のいずれであってもよく、具体的には、植物および微生物由来の抽出物およびその精製品、低分子合成化合物、抗体、ペプチド、アプタマー、siRNA、遺伝子治療に用いられる核酸、その修飾体や誘導体などを挙げることができる。
Alternatively, the anticancer activity of the test substance may be examined using an immunodeficient animal that has formed a tumor by transplanting the liver cancer stem cells of the present invention. Anticancer activity can be evaluated, for example, by comparing tumor weight, animal survival rate, number of days of survival, etc., between an animal administered with the test substance and a control (animal not administered with the test substance). . If a decrease in tumor weight, an increase in the survival rate of animals, or an increase in the number of days of survival are observed in animals administered a test substance compared to controls, the substance is considered to be effective as an anticancer agent.
The test substance may be either a natural product or a synthetic product. Specifically, it is used for extracts derived from plants and microorganisms and purified products thereof, low molecular synthetic compounds, antibodies, peptides, aptamers, siRNA, gene therapy. Examples include nucleic acids used, modified products and derivatives thereof.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
材料及び方法
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
Example 1
Materials and methods

細胞培養 ヒト肝臓癌細胞株HepG2、Huh6、Huh7及びPLC/PRF/5をヒューマンサイエンス研究資源バンク(HSRRB, Osaka, Japan)から得た。これらの細胞を10% FCS及び1%ペニシリン/ストレプトマイシン(Invitrogen)含有ダルベッコ変法イーグル培地(DMEM)(Invitrogen Life Technologies, Carlsbad, CA)で培養し、37℃で5% CO2を含む培養器中でインキュベートした。 Cell culture human liver cancer cell lines HepG2, Huh6, Huh7 and PLC / PRF / 5 were obtained from Human Science Research Resource Bank (HSRRB, Osaka, Japan). These cells are cultured in Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM) (Invitrogen Life Technologies, Carlsbad, CA) containing 10% FCS and 1% penicillin / streptomycin (Invitrogen) in an incubator containing 5% CO 2 at 37 ° C. Incubated with.

フローサイトメトリーを用いたSide population分析 トリプシン-EDTA(Invitrogen)を用いて皿から細胞を剥がし、3% FCSと10 mM Hepesを補充したハンクス平衡塩類溶液中に1x106 cells/mlで懸濁させた。その後、これらの細胞を37℃で90分間単独又は50μMのベラパミル(Sigma)の存在下で20μg/mlのHoechst 33342 (Sigma Chemical, St Louis, MO)とともにインキュベートした。インキュベーション後、1μg/mlのヨウ化プロピジウム(BD Pharmingen, San Diego, CA)を添加し、その後、40μmのcell strainer (BD Falcon)で濾過して、単一の懸濁細胞を得た。三重レーザーを保持するMoFlo(DakoCytomation, Fort Collins, CO)を用いて、細胞分析及び精製を行った。Hoechst 33342をUVレーザーで350 nmにて励起し、蛍光の発光を405/BP30(Hoechst blue)及び570/BP20(Hoechst red)光フィルターで測定した。死細胞を判別するためにヨウ化プロピジウム標識を630/BP30フィルターを通して測定した。 Side population analysis using flow cytometry. Using trypsin-EDTA (Invitrogen), cells were detached from the dish and suspended at 1x10 6 cells / ml in Hank's balanced salt solution supplemented with 3% FCS and 10 mM Hepes. . The cells were then incubated at 37 ° C. for 90 minutes alone or with 20 μg / ml Hoechst 33342 (Sigma Chemical, St Louis, Mo.) in the presence of 50 μM verapamil (Sigma). After incubation, 1 μg / ml propidium iodide (BD Pharmingen, San Diego, Calif.) Was added and then filtered through a 40 μm cell strainer (BD Falcon) to obtain single suspension cells. Cell analysis and purification were performed using MoFlo (DakoCytomation, Fort Collins, CO) holding a triple laser. Hoechst 33342 was excited with a UV laser at 350 nm, and fluorescence emission was measured with 405 / BP30 (Hoechst blue) and 570 / BP20 (Hoechst red) light filters. Propidium iodide labeling was measured through a 630 / BP30 filter to discriminate dead cells.

増殖アッセイ及びアポトーシス検出 ウェル毎にSP細胞とNon-SP細胞(5x103)を96ウェルマイクロプレートに分離し、3(4,5-ジメチルチアゾール-2-イル)-5-(3-カルボキシメトキシフェニル)-2-(4-スルホフェニル)-2H-テトラゾリウムinner salt (MTS)アッセイを行い、既報のように(24)各々三検体のサンプルで細胞生存率を調べた。製造者の説明書(Takara Bio Inc., Tokyo, Japan)に従い、TUNELアッセイによりおのおの三検体でアポトーシス細胞の定量を行った。ターミナルヌクレオチドトランスフェラーゼを用い、フルオレッセインイソチオシアネート(FITC)で細胞を標識し、DNAフリーの末端を抗FITC西洋わさびペルオキシダーゼ及びジアミノベンジジンで染色した。1 x 103 個の細胞をランダムに計測することにより、TUNEL陽性細胞の比率を算出した。細胞ソーティング後24、48及び72時間目にMTS及びTUNELアッセイを行った。 Proliferation assay and apoptosis detection For each well, SP cells and Non-SP cells (5 × 10 3 ) were separated into 96-well microplates and 3 (4,5-dimethylthiazol-2-yl) -5- (3-carboxymethoxyphenyl) ) -2- (4-sulfophenyl) -2H-tetrazolium inner salt (MTS) assay was performed, and (24) cell viability was examined for each of three specimens as previously reported. According to the manufacturer's instructions (Takara Bio Inc., Tokyo, Japan), apoptotic cells were quantified in each of the three specimens by TUNEL assay. Cells were labeled with fluorescein isothiocyanate (FITC) using terminal nucleotide transferase and the DNA free ends were stained with anti-FITC horseradish peroxidase and diaminobenzidine. The ratio of TUNEL positive cells was calculated by counting 1 × 10 3 cells randomly. MTS and TUNEL assays were performed 24, 48 and 72 hours after cell sorting.

免疫細胞化学アッセイ ソーティングしたSP細胞及びNon-SP細胞を12時間培養し、PBS中で洗浄した。細胞をメタノールで-20℃にて20分間固定し、0.1% Tween 20 (Wako)を含有するPBSで洗浄した。10%ヤギ正常血清で1時間ブロッキングした後、一次抗体であるウサギ抗α-1-フェトプロテイン(AFP)(DakoCytomation)及びマウス抗サイトケラチン19(CK19)(WakoCytomation)とともに湿室内で4℃にて一晩、固定細胞をインキュベートした。0.1% Tween 20を含有するPBS中でこれらの細胞を洗浄し、再度、30分間ブロッキングを行い、Alexa 555結合ヤギ抗ウサギIgG(Molecular Probes, Eugene, OR)及びAlexa 488結合ヤギ抗マウスIgG(Molecular Probes)で室温にて1時間処理した。PBS中で洗浄した後、DAPI(Vector Laboratories, Burlingame, CA)を含有するmounting mediumを細胞に乗せてカバーグラスをかけ、Olympus IX70顕微鏡下で観察した。 Immunocytochemistry assay Sorted SP cells and Non-SP cells were cultured for 12 hours and washed in PBS. The cells were fixed with methanol at −20 ° C. for 20 minutes and washed with PBS containing 0.1% Tween 20 (Wako). After blocking with 10% goat normal serum for 1 hour, together with the primary antibodies rabbit anti-α-1-fetoprotein (AFP) (DakoCytomation) and mouse anti-cytokeratin 19 (CK19) (WakoCytomation) at 4 ° C in a humid chamber In the evening, the fixed cells were incubated. These cells were washed in PBS containing 0.1% Tween 20, blocked again for 30 minutes, Alexa 555-conjugated goat anti-rabbit IgG (Molecular Probes, Eugene, OR) and Alexa 488-conjugated goat anti-mouse IgG (Molecular Probes) for 1 hour at room temperature. After washing in PBS, a mounting medium containing DAPI (Vector Laboratories, Burlingame, Calif.) Was placed on the cells, covered with a cover glass, and observed under an Olympus IX70 microscope.

非肥満糖尿病/重症複合免疫不全異種移植 NOD/SCIDマウスをSankyo Laboratory Co. Ltd. (Tsukuba, Japan)から購入した。100-1x106個の種種の数のSP及びNon-SP細胞を200μlのDMEMとマトリゲル(BD)(1:1)中に懸濁し、ケタミンとキシラジンのカクテルを用いた麻酔下で雄NOD/SCIDマウス(6-10週令)に移植した。SP細胞とNon-SP細胞をぞれぞれ右と左の背中の皮下空間に注射した。腫瘍形成を毎週観察と触診により16週間モニターした。皮下腫瘍をホルマリン中で固定し、パラフィンに包埋した。切片を組織学的な分析のためにヘマトキシリン-エオシン染色した。次に、SP由来の腫瘍を除去し、氷上の無菌のPBS中で刻んだ。得られた腫瘍の小切片を5 mg/mlのII型コラゲナーゼ(Sigma)含有DMEM中に置き、37℃で3時間消化した。洗浄と濾過をした後、造血細胞や線維芽細胞のような非上皮細胞を除くために細胞を7日間培養した。採取した細胞をフローサイトメトリーで分析し、上述のように再度NOD/SCIDマウスに注射した。これらの実験は実験室動物の使用に関する施設ガイドラインに従って行われた。 Non-obese diabetes / severe combined immunodeficiency xenograft NOD / SCID mice were purchased from Sankyo Laboratory Co. Ltd. (Tsukuba, Japan). 100-1x10 6 different numbers of SP and Non-SP cells suspended in 200 μl DMEM and Matrigel (BD) (1: 1) and male NOD / SCID under anesthesia with a cocktail of ketamine and xylazine Mice (6-10 weeks old) were transplanted. SP cells and Non-SP cells were injected into the subcutaneous space of the right and left backs, respectively. Tumor formation was monitored for 16 weeks by weekly observation and palpation. Subcutaneous tumors were fixed in formalin and embedded in paraffin. Sections were stained with hematoxylin-eosin for histological analysis. Next, SP-derived tumors were removed and minced in sterile PBS on ice. A small section of the obtained tumor was placed in DMEM containing 5 mg / ml type II collagenase (Sigma) and digested at 37 ° C. for 3 hours. After washing and filtering, the cells were cultured for 7 days to remove non-epithelial cells such as hematopoietic cells and fibroblasts. The collected cells were analyzed by flow cytometry and injected again into NOD / SCID mice as described above. These experiments were conducted according to institutional guidelines for laboratory animal use.

RNA抽出及びオリゴヌクレオチドマイクロアレイ分析 Isogen reagent(Nippon Gene,Toyama, Japan)を用い、製造者の説明書に従って、全RNAをSP細胞とNon-SP細胞から別々に抽出した。RNAの品質と濃度はNanoDrop(NanoDrop Technologies, Wilmington, DE)及びAgilent 2100 Bioanalyzer(Agilent Technologies, Palo Alto, CA)により測定した。マイクロアレイ分析は標準プロトコル(Affymetrix GeneChip Manual)に従って行った。簡単に説明すると、oligo(dT)24-T7プライマーとSuperScript kit(Invitrogen)を用いて1μgの全RNAから第一及び第二のcDNAを生成した。その後、Bioarray, High Yield RNA Transcript Labeling Kit(Enzo Diagonostics, Farmingdale, NY)を用いて、ビオチン標識したcRNAを合成した。精製と断片化を行った後、15μgのcRNAをHuman Genome U133A Plus 2.0 Arrays(Affymetrix, Santa Clara, CA)にハイブリダイズさせた。このアレイは、38,500個の特徴付けされた遺伝子を含む、47,000個以上の遺伝子転写物を提示する。増幅を行い、ストレプトアビジン結合フィコエリトリン蛍光を通してハイブリダイズシグナルを検出した後、GeneChip Scanner 3000(Affymetrix)を用いて、アレイ画像をスキャンした。得られたデータをGeneChip Operating Softwareで分析した。完全マッチ及びミスマッチプローブ対を用いて、検出P値を算出し、各プローブをabsent(A)、marginal(M)又はpresent(P) callとして割り当てた。SP細胞及び対応するNon-SP細胞の両方においてA callとスコア付けされたプローブを以下の分析から排除した。実験の標準化後、GeneSpring system(Agilent Technologies)を用いて、fold change測定とカテゴリー化を含むデータマイニングを行った。 RNA extraction and oligonucleotide microarray analysis Total RNA was extracted separately from SP cells and Non-SP cells using Isogen reagent (Nippon Gene, Toyama, Japan) according to the manufacturer's instructions. RNA quality and concentration were measured by NanoDrop (NanoDrop Technologies, Wilmington, DE) and Agilent 2100 Bioanalyzer (Agilent Technologies, Palo Alto, CA). Microarray analysis was performed according to a standard protocol (Affymetrix GeneChip Manual). Briefly, first and second cDNAs were generated from 1 μg of total RNA using oligo (dT) 24 -T7 primer and SuperScript kit (Invitrogen). Subsequently, biotin-labeled cRNA was synthesized using Bioarray, High Yield RNA Transcript Labeling Kit (Enzo Diagonostics, Farmingdale, NY). After purification and fragmentation, 15 μg of cRNA was hybridized to Human Genome U133A Plus 2.0 Arrays (Affymetrix, Santa Clara, Calif.). This array presents over 47,000 gene transcripts containing 38,500 characterized genes. After amplification and detection of the hybridization signal through streptavidin-conjugated phycoerythrin fluorescence, the array image was scanned using GeneChip Scanner 3000 (Affymetrix). The obtained data was analyzed with GeneChip Operating Software. The detected P value was calculated using perfect match and mismatch probe pairs, and each probe was assigned as absent (A), marginal (M) or present (P) call. Probes scored as A call in both SP cells and corresponding Non-SP cells were excluded from the following analysis. After standardization of the experiment, data mining including fold change measurement and categorization was performed using GeneSpring system (Agilent Technologies).

定量的リアルタイム逆転写酵素-ポリメラーゼ連鎖反応 増幅グレードのDNase I(Invitrogen)で前処理を行った後、first-strand superscript(Invitrogen)を用いて逆転写(RT)を行った。ABI PRISM 7000 Sequence Detection System(Applied Biosystem, Foster City, CA, USA)を用い、TaqMan技術でポリメラーゼ連鎖反応(PCR)を行った。ITGB1, FMN2, ABCF2, USP9X, ZFX, TXNL, WTAP, ELAVL4, AF5Q31, ADARB1, FZD7, ABCB1, STATIP1, GCLM, XRCC5及びβ-actin (assay IDは、それぞれ、Hs00236976_m1, Hs00298949_m1, Hs00255026_m1, Hs00245009_m1, Hs00268739_m1, Hs00169455_m1, Hs00191727_m1, Hs00222634_m1, Hs00232683_m1, Hs00210562_m1, Hs00275833_s1, Hs00184500_m1, Hs00217448_m1, Hs00157694_m1, Hs00221707_m1 及びHs99999903_m1; Applied Biosystems)用の遺伝子発現アッセイプライマー及びプローブ混合物を用いた。95℃で15分間、60℃で1分間の45サイクルを用い、おのおの三検体を用いて、thermal cyclingを行った。β-actinを標準化のために用いた。製造者が記述しているようなcomparative cycle threshold (CT)を用いて、相対的な定量を行った。After pretreatment with quantitative real-time reverse transcriptase-polymerase chain reaction amplification grade DNase I (Invitrogen), reverse transcription (RT) was performed using first-strand superscript (Invitrogen). Polymerase chain reaction (PCR) was performed with TaqMan technology using ABI PRISM 7000 Sequence Detection System (Applied Biosystem, Foster City, CA, USA). ITGB1, FMN2, ABCF2, USP9X, ZFX, TXNL, WTAP, ELAVL4, AF5Q31, ADARB1, FZD7, ABCB1, STATIP1, GCLM, XRCC5 and β-actin (assay ID is Hs00236976_m1, Hs00298949_m1, Hs00255026_m1, Hs00245 Hs00169455_m1, Hs00191727_m1, Hs00222634_m1, Hs00232683_m1, Hs00210562_m1, Hs00275833_s1, Hs00184500_m1, Hs00217448_m1, Hs00157694_m1, Hs00221707_m1 and Hs99999903_m1 Thermal cycling was performed using 45 samples at 95 ° C. for 15 minutes and 60 ° C. for 1 minute, respectively. β-actin was used for standardization. Relative quantification was performed using a comparative cycle threshold (C T ) as described by the manufacturer.

統計分析 データは平均値±SEMで表す。Mann-Whitney U検定を用いて、2群間の統計差を分析した。P値が0.05より小さければ、有意差があると見なした。 Statistical analysis data are expressed as mean ± SEM. Statistical differences between the two groups were analyzed using the Mann-Whitney U test. If the P value was less than 0.05, it was considered significant.

結果
肝癌細胞におけるSide populationの検出 Hoechst 33342染色によるフローサイトメトリー分析により、Huh7及びPLC/PRF/5細胞が、それぞれ、0.25%及び0.80%のSPサブ集団を含むことが示された。これらのSP細胞はHoechst 33342とカルシウムチャンネルブロッカーであるベラパミルの存在下で実際に減少した。一方、Huh6及びHepG2細胞ではSP細胞が検出されなかった。Huh7及びPLC/PRF/5細胞中のSP細胞及びNon-SP細胞を別々にソーティングし、さらなる実験に用いた(図1)。形態学的にはSP細胞とNon-SP細胞に顕著な差はなかった。
result
Detection of Side Population in Liver Cancer Cells Flow cytometric analysis by Hoechst 33342 staining showed that Huh7 and PLC / PRF / 5 cells contain 0.25% and 0.80% SP subpopulation, respectively. These SP cells were actually reduced in the presence of Hoechst 33342 and the calcium channel blocker verapamil. On the other hand, SP cells were not detected in Huh6 and HepG2 cells. SP cells and Non-SP cells in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells were sorted separately and used for further experiments (FIG. 1). Morphologically, there was no significant difference between SP cells and Non-SP cells.

増殖活性及びアポトーシス耐性 SP細胞及びNon-SP細胞のin vitro増殖活性の差を調べるために、MTSアッセイを用いて生細胞数を測定した。Huh細胞(図2A)及びPLC/PRF/5細胞(図2B)においては、SP細胞の細胞可変性は一貫してNon-SP細胞より高かった。PLC/PRF/5細胞の72時間培養物中のSP細胞はNon-SP細胞より有意に(p<0.05)高い細胞生存率を示した。SP細胞及びNon-SP細胞のアポトーシス感受性の差をTUNELアッセイで調べた。Huh7及びPLC/PRF/5細胞において、SP細胞におけるTUNEL陽性細胞の百分率はNon-SP細胞より低かった(Huh7細胞(図2C)、PLC/PRF/5細胞(図2D))。24時間及び72時間培養物中のHuh 7 SP細胞におけるTUNEL陽性と、72時間培養物中のPLC/PRF/5 SP細胞におけるTUNEL陽性とは、Non-SP細胞のそれと比較して統計的有意差(p<0.05)を示した。 In order to examine the difference in proliferation activity and in vitro proliferation activity of apoptosis-resistant SP cells and Non-SP cells, the number of viable cells was measured using MTS assay. In Huh cells (FIG. 2A) and PLC / PRF / 5 cells (FIG. 2B), the cell variability of SP cells was consistently higher than that of Non-SP cells. SP cells in 72-hour cultures of PLC / PRF / 5 cells showed significantly (p <0.05) higher cell viability than non-SP cells. Differences in apoptosis sensitivity between SP cells and Non-SP cells were examined by TUNEL assay. In Huh7 and PLC / PRF / 5 cells, the percentage of TUNEL positive cells in SP cells was lower than in Non-SP cells (Huh7 cells (FIG. 2C), PLC / PRF / 5 cells (FIG. 2D)). Statistically significant difference between TUNEL positive in Huh 7 SP cells in 24-hour and 72-hour cultures and TUNEL positive in PLC / PRF / 5 SP cells in 72-hour cultures compared to that of Non-SP cells (p <0.05).

系譜マーカー発現の分析 デュアル免疫細胞化学分析を行い、SP細胞とNon-SP細胞の分化ポテンシャルを比較した(図3A-D)。Huh7及びPLC/PRF/5細胞は、肝細胞特異的マーカーであるαフェトプロテイン(AFP)と胆管細胞特異的マーカーであるサイトケラチン19(CK19)の両方でマーキングされた多数の細胞を含んでいた。Huh7及びPLC/PRF/5細胞において、AFP及びCK19の両方に対して陽性の細胞の百分率は、それぞれ、68.2%及び55.0%であった。一方で、大多数のNon-SP Huh7及びPLC/PRF/5細胞はAFP又はCK19のいずれかで標識された。Huh7及びPLC/PRF/5 Non-SP細胞において、ただ一つのマーカーのみを発現した細胞の百分率は、それぞれ、74.4%及び79.6%であった。これらの細胞株において、AFPでもCK19でもマーキングされなかった少数の細胞がこれらの細胞株のSP細胞にもNon-SP細胞にも同様に存在した。 Analysis of lineage marker expression Dual immunocytochemical analysis was performed to compare the differentiation potential of SP cells and Non-SP cells (FIGS. 3A-D). Huh7 and PLC / PRF / 5 cells contained a large number of cells marked with both the hepatocyte-specific marker α-fetoprotein (AFP) and the cholangiocyte-specific marker cytokeratin 19 (CK19). In Huh7 and PLC / PRF / 5 cells, the percentage of cells positive for both AFP and CK19 was 68.2% and 55.0%, respectively. On the other hand, the majority of Non-SP Huh7 and PLC / PRF / 5 cells were labeled with either AFP or CK19. In Huh7 and PLC / PRF / 5 Non-SP cells, the percentages of cells that expressed only one marker were 74.4% and 79.6%, respectively. In these cell lines, a small number of cells that were not marked by either AFP or CK19 were present in both SP and Non-SP cells of these cell lines as well.

Side Population 移植により引き起こされた腫瘍惹起 腫瘍形成活性がSP細胞とNon-SP細胞とで異なるか否かという問題を検証するために、Huh7及びPLC/PRF/5細胞における種種の数のSP細胞及びNon-SP細胞をNOD/SCIDマウスに注射した(図4a)。皮下腫瘍形成には、少なくとも1x106個のソーティングされていないHuh7及びPLC/PRF/5細胞の注射が必要であった。Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞では、それぞれ、1x103個程度の少量の細胞注射で、それぞれ、9匹中8匹、8匹中8匹のマウスに腫瘍を惹起した(表1)。しかしながら、Huh7及びPLC/PRF/5細胞における1x106個のNon-SP細胞を注射しても、一貫してすべてのマウスに腫瘍が形成されなかった。これらのSPサブ集団は腫瘍形成細胞に対して少なくとも1,000倍濃縮されている。Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞起源の腫瘍を組織学的に分析したところ、ソーティングされていない細胞の注射により形成された腫瘍と同様の特徴を示した(図4b, 4c)。
To examine whether tumor-induced tumorigenic activity caused by Side Population transplantation is different between SP cells and Non-SP cells, we examined the number of SP cells in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells and Non-SP cells were injected into NOD / SCID mice (FIG. 4a). Subcutaneous tumor formation required injection of at least 1 × 10 6 unsorted Huh7 and PLC / PRF / 5 cells. In Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells, tumors were induced in 8 out of 9 mice and 8 out of 8 mice, respectively, by injection of a small amount of cells of about 1 × 10 3 (Table 1). However, injection of 1 × 10 6 Non-SP cells in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells consistently did not form tumors in all mice. These SP subpopulations are at least 1,000 times enriched for tumorigenic cells. Histological analysis of tumors originating from Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells showed similar characteristics to tumors formed by injection of unsorted cells (FIGS. 4b, 4c).

Side Population由来の腫瘍の再分析及び連続的な移植 SP細胞が自己複製し、in vivoで非対称的な細胞分裂により非腫瘍形成性のNon-SP細胞を生成するか否かを解明するために、SP由来の皮下腫瘍のフローサイトメトリー分析を行った。SP分析により、Huh7及びPLC/PRF/5細胞は、それぞれ、0.34%及び0.90%のSPサブ集団を含むことが示された(図5)。これらの分析パターンは、以前に分離したHCC細胞のそれに似ていた。Huh7及びPLC/PRF/5細胞は、4週間の培養後にSP細胞とNon-SP細胞の両方を生成した(データは示さず)。続いて、NOD/SCIDマウスへのSP細胞とNon-SP細胞の二次移植を行った(表2)。Non-SP細胞を注射しても新しい腫瘍は形成されなかったが、両細胞株中の1x103個程度の少数のSP細胞が5匹のNOD/SCIDマウス中4匹に腫瘍を形成した。
To elucidate whether Side Population-derived tumors are re-analyzed and consecutive transplanted SP cells self-replicate and generate non-tumorigenic Non-SP cells by asymmetric cell division in vivo. Flow cytometric analysis of SP-derived subcutaneous tumors was performed. SP analysis showed that Huh7 and PLC / PRF / 5 cells contained 0.34% and 0.90% SP subpopulations, respectively (FIG. 5). These analysis patterns were similar to those of previously isolated HCC cells. Huh7 and PLC / PRF / 5 cells generated both SP and Non-SP cells after 4 weeks of culture (data not shown). Subsequently, secondary transplantation of SP cells and Non-SP cells into NOD / SCID mice was performed (Table 2). No new tumors were formed when non-SP cells were injected, but as few as 1x10 3 SP cells in both cell lines formed tumors in 4 out of 5 NOD / SCID mice.

マイクロアレイ分析に基づく遺伝子発現プロファイル SP細胞とNon-SP細胞との遺伝子発現プロファイルの違いを明らかにするために、マイクロアレイ分析を行った。全部で、Huh7細胞中の26,764個のプローブ及びPLC/PRF/5細胞中の25,755個のプローブを上述のcallアルゴリズムに従って分析した。対応するNon-SP細胞と比較して、Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞中でアップレギュレートされた(比>2.0)遺伝子の数は、それぞれ、1,015個及び1,542個であった。利用可能のウェブサイトを用いて、これらの遺伝子を以下のように機能的にカテゴリー化した。Gene Ontology (http://www.geneontology.org) 及び GeneCards (http://thr.cit.nih.gov/cards/index.shtml)。Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞においてアップレギュレーションを示した遺伝子(特徴付けされている)の百分率は、それぞれ、43.3%(440/1,015)及び51.2%(789/1,542)であった。これらの遺伝子はその機能に従って以下の11群にカテゴリー化された。転写調節(Transcriptional regulation)、核酸結合(Nucleic acid binding)、シグナル伝達(Signaling)、輸送(Transport)、代謝(Metabolism)、タンパク質合成(Protein synthesis)、ユビキチン化/タンパク質分解(Ubiquitination/Proteolysis)、受容体活性(Receptor activity)、アポトーシス/細胞周期(Apoptosis/Cell cycle)、細胞骨格/膜(Cytoskeleton/Membrane)、及びその他(Others)である(図6A)。これらの遺伝子の約1/3が「転写調節」及び「核酸結合」群にカテゴリー化された。62個のアップレギュレートされた遺伝子が両方の細胞株に共通に見出された(表3)。一方、940個及び941個の遺伝子が、それぞれ、Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞においてダウンレギュレギュ−ションを示し(比<0.5)、51個の遺伝子が両細胞株で重複した。 Gene expression profile based on microarray analysis Microarray analysis was performed to clarify the difference in gene expression profiles between SP cells and Non-SP cells. In total, 26,764 probes in Huh7 cells and 25,755 probes in PLC / PRF / 5 cells were analyzed according to the call algorithm described above. Compared to corresponding Non-SP cells, the number of genes up-regulated (ratio> 2.0) in Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells was 1,015 and 1,542, respectively. Using available websites, these genes were functionally categorized as follows: Gene Ontology (http://www.geneontology.org) and GeneCards (http://thr.cit.nih.gov/cards/index.shtml). The percentage of genes (characterized) that showed upregulation in Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells was 43.3% (440 / 1,015) and 51.2% (789 / 1,542), respectively. These genes were categorized into the following 11 groups according to their functions. Transcriptional regulation, Nucleic acid binding, Signaling, Transport, Metabolism, Protein synthesis, Ubiquitination / Proteolysis, Acceptance These are body activity (Receptor activity), apoptosis / cell cycle, cytoskeleton / membrane (Cytoskeleton / Membrane), and others (FIG. 6A). About one third of these genes were categorized into “transcriptional regulation” and “nucleic acid binding” groups. 62 up-regulated genes were found commonly in both cell lines (Table 3). On the other hand, 940 and 941 genes showed down regulation in Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells, respectively (ratio <0.5), and 51 genes were duplicated in both cell lines.

次に、SP細胞においてアップレギュレートした遺伝子のプロファイリングをいわゆる「幹細胞性遺伝子」の以前のマイクロアレイに基づくプロファイリングと比較した。「幹細胞性遺伝子」は幹細胞(胚性幹細胞(ESC)、神経幹細胞(NSC)及び造血性幹細胞(HSC))に共通に発現している(25, 26)。利用可能なウェブサイトを用いてこれらのプロファイリングデータをヒト相同体に変換し、本発明者らの現在のデータと比較した(図6B、表4)。その結果、Huh7 SP細胞におけるITGB1, USP9X及びZFX、PLC/PRF/5 SP細胞におけるTXNL, WTAP, ABCB1, STATIP1及びGCLMを含む5個の遺伝子が、Ramalho-Santosらが報告した(25)幹細胞性の遺伝子の発現プロファイリングと一致した。さらに、Huh7 SP細胞とPLC/PRF/5 SP細胞の両方でXRCC5がアップレギュレートしていることが示された。Huh7 SP細胞におけるFMN2及びABCF2、PLC/PRF/5 SP細胞におけるAF5Q31, ADARB1, ELAVL4及びFZD7を含む4個の遺伝子が、Ivanovaらにより示された幹細胞性遺伝子プロファイリング(26)に含まれていた。   Next, profiling of genes up-regulated in SP cells was compared with previous microarray-based profiling of so-called “stem cell genes”. “Stem cell genes” are commonly expressed in stem cells (embryonic stem cells (ESC), neural stem cells (NSC) and hematopoietic stem cells (HSC)) (25, 26). These profiling data were converted to human homologues using available websites and compared to our current data (Figure 6B, Table 4). As a result, Ramalho-Santos et al. Reported 25 genes including ITGB1, USP9X and ZFX in Huh7 SP cells, TXNL, WTAP, ABCB1, STATIP1 and GCLM in PLC / PRF / 5 SP cells (25). Consistent with the expression profiling of the gene. Furthermore, XRCC5 was shown to be upregulated in both Huh7 SP cells and PLC / PRF / 5 SP cells. Four genes including FMN2 and ABCF2 in Huh7 SP cells and AF5Q31, ADARB1, ELAVL4 and FZD7 in PLC / PRF / 5 SP cells were included in the stem cell gene profiling (26) shown by Ivanova et al.

定量的リアルタイム逆転写-ポリメラーゼ連鎖反応を用いたマイクロアレイデータの確認 Huh7 SP細胞及びNon-SP細胞におけるITGB1, FMN2, ABCF2, XRCC5, USP9X及びZFXを含む6個の遺伝子のmRNAの発現を定量的リアルタイムRT-PCRにより分析した。PLC/PRF/5 SP細胞及びNon-SP細胞における、 10個の遺伝子、すなわち、TXNL, WTAP, ELAVL4, XRCC5, AF5Q31, ADARB1, FZD7, ABCB1, STATIP1及びGCLMも調べた。リアルタイムRT-PCRにより、これら16個の遺伝子は、Non-SP細胞よりSP細胞でmRNAの発現レベルが高いことが示され、このことはマイクロアレイデータと非常によく一致した(図6C)。 Confirmation of microarray data using quantitative real-time reverse transcription-polymerase chain reaction Quantitative real-time expression of mRNA of 6 genes including ITGB1, FMN2, ABCF2, XRCC5, USP9X and ZFX in Huh7 SP cells and Non-SP cells Analyzed by RT-PCR. Ten genes in PLC / PRF / 5 SP cells and Non-SP cells were also examined, namely TXNL, WTAP, ELAVL4, XRCC5, AF5Q31, ADARB1, FZD7, ABCB1, STATIP1 and GCLM. Real-time RT-PCR showed that these 16 genes had higher mRNA expression levels in SP cells than in Non-SP cells, which agreed very well with the microarray data (FIG. 6C).

考察
広範に増殖し、自己複製し、分化する能力は、幹細胞に最も特徴的な性質である。本研究では、HCC細胞から精製したSPサブ集団が培養物中及び異種移植片アッセイ中で幹細胞様の性質を有するか否かを評価した。全細胞の1%以下の割合を占めるSPサブ集団がHuh7及びPLC/PRF/5細胞において検出できた。しかしながら、HepG2及びHuh6細胞にはこのようなサブ集団は見られなかった。HepG2及びHuh6細胞は、Hoechst色素の用量を増やして染色したときもフローサイトメトリー分析パターンの変化をほとんど示さなかった。高い排出能力に基づいて幹細胞様サブ集団を検出することは必ずしも有効ではないのかもしれない。なぜならば、このようなサブ集団は検討した癌細胞株の30%以下でしか検出されなかったことが実証されているからである(27)。
Discussion The ability to proliferate, self-renew and differentiate is the most characteristic property of stem cells. In this study, we evaluated whether SP subpopulations purified from HCC cells had stem cell-like properties in culture and in xenograft assays. SP subpopulations accounting for less than 1% of total cells could be detected in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells. However, no such subpopulation was found in HepG2 and Huh6 cells. HepG2 and Huh6 cells showed little change in the flow cytometric analysis pattern when stained with increasing doses of Hoechst dye. It may not always be effective to detect stem cell-like subpopulations based on high efflux capacity. This is because it has been demonstrated that such subpopulations were detected only in less than 30% of the cancer cell lines examined (27).

最初に、本発明者らは、培養系でHuh7及びPLC/PRF/5細胞におけるSP細胞が対応するNon-SP細胞より高い増殖能力を有することを示した。この能力はアポトーシスに対する耐性を伴っていた。種種の組織起源の正常な幹/先駆細胞はBcl-2のような抗アポトーシス性タンパク質を高レベルで発現することが報告されている(28, 29)。まとめると、抗アポトーシス作用は、本質的に、消耗の心配から正常及び癌幹細胞の両方において用意された機構である。   Initially, the inventors have shown that SP cells in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells have a higher proliferative capacity than the corresponding Non-SP cells in culture systems. This ability was accompanied by resistance to apoptosis. Normal stem / progenitor cells of various tissue origins have been reported to express high levels of anti-apoptotic proteins such as Bcl-2 (28, 29). In summary, the anti-apoptotic effect is essentially a mechanism provided in both normal and cancer stem cells due to exhaustion concerns.

次に、本発明者らは、NOD/SCIDマウス異種移植アッセイにおけるSP細胞の腫瘍形成ポテンシャル及び自己複製能を検討した。Huh7及びPLC/PRF/5細胞から精製した1x103個のSP細胞を注射すると、腫瘍を発生させることができた。しかしながら、癌細胞の大多数を構成するNon-SP細胞は、注射する細胞の数を増加させたにもかかわらず、腫瘍を形成することができなかった。SP表現型のさらなるマーカーは、乳癌におけるCD44+CD24-/low ESA+細胞(12)のような癌幹細胞の濃縮を促進するのかもしれない。これらの結果は、SPサブ集団だけが腫瘍惹起能力を有し、機能的及び表現型の不均一性(heterogeneity)がHCC細胞株に存在することを示している。4週間の培養物中のSP細胞のこれらの分析により、SP細胞とNon-SP細胞の両方の存在が示された。さらに、SP由来の腫瘍もSP細胞とNon-SP細胞を生成し、このことはSP細胞の自己複製と分化の両方の能力を示している。SP由来の腫瘍におけるSP細胞とNon-SP細胞の割合は、Huh7及びPLC/PRF/5細胞の両方における以前に分離された細胞のそれに類似していた。SP細胞とNon-SP細胞の割合は、in vitro及びin vivoで密接に調節され、維持されていると思われる。さらに、SP細胞を二次移植しても腫瘍が形成され、腫瘍形成能力は連続的な移植においてよく保持されているようである。Next, the present inventors examined the tumorigenic potential and self-renewal ability of SP cells in the NOD / SCID mouse xenograft assay. Injection of 1 × 10 3 SP cells purified from Huh7 and PLC / PRF / 5 cells allowed tumors to develop. However, Non-SP cells, which constitute the majority of cancer cells, failed to form tumors despite increasing the number of cells injected. Additional markers of the SP phenotype may promote the enrichment of cancer stem cells such as CD44 + CD24− / low ESA + cells (12) in breast cancer. These results indicate that only the SP subpopulation has the ability to induce tumors and that functional and phenotypic heterogeneity exists in the HCC cell line. These analyzes of SP cells in the 4 week culture showed the presence of both SP and Non-SP cells. Furthermore, SP-derived tumors also generate SP and Non-SP cells, indicating the ability of both SP cells to self-renew and differentiate. The proportion of SP and Non-SP cells in SP-derived tumors was similar to that of previously isolated cells in both Huh7 and PLC / PRF / 5 cells. The ratio of SP and Non-SP cells appears to be closely regulated and maintained in vitro and in vivo. In addition, secondary transplantation of SP cells results in the formation of tumors, and the tumorigenicity seems to be well retained in sequential transplants.

Huh7及びPLC/PRF/5細胞はどちらもAFPを産生し、CK19陽性の細胞株であることがよく知られている(30, 31)。形質転換した細胞は通常その起源から分化ポテンシャルを引き継ぐと考えられている。例えば、コンデショナルなトランスジェニックモデルにおけるMYC不活性化は、幹細胞の性質を有するいくつかの肝腫瘍細胞を導き、正常な肝細胞及び胆管細胞系譜に分化する(32)。外科的検体の分析により、胆汁マーカー陽性のHCCが示され、このことは、少なくともHCCのあるものは二分化性の幹/前駆的性質を有するサブ集団から生じている可能性を示している(33)。免疫細胞化学的分析から、SP細胞とNon-SP細胞との間にマーカー発現の不均衡があることが明白になった。AFPとCK19の両方を発現する細胞がこれらのSP細胞において高度に濃縮された一方で、大半のNon-SP細胞がAFP又はCK19のいずれかに対して陽性であった。仮想の肝幹/前駆体と考えられている卵細胞又は肝芽腫(34)の二分化能を考慮すると、SPサブ集団はHCC細胞の上流の階層内に存在し、適当な培養条件下で肝細胞及び胆管細胞に分化する潜在能力を保持している。   It is well known that Huh7 and PLC / PRF / 5 cells both produce AFP and are CK19 positive cell lines (30, 31). Transformed cells are usually thought to inherit the differentiation potential from their origin. For example, MYC inactivation in a conditional transgenic model leads to several liver tumor cells with stem cell properties and differentiates into normal hepatocyte and bile duct lineages (32). Analysis of surgical specimens showed bile marker positive HCC, indicating that at least some of the HCC may originate from a subpopulation with bipartite stem / progenitor properties ( 33). Immunocytochemical analysis revealed an imbalance in marker expression between SP and Non-SP cells. While cells expressing both AFP and CK19 were highly enriched in these SP cells, most Non-SP cells were positive for either AFP or CK19. Considering the ability of the egg cell or hepatoblastoma (34), which is considered to be a hypothetical liver stem / progenitor, the SP subpopulation exists in the hierarchy upstream of the HCC cells and is It retains the potential to differentiate into cells and bile duct cells.

オリゴヌクレオチドアレイを用いた網羅的ゲノムスクリーニングにより、Huh7及びPLC/PRF/5細胞におけるSP細胞とNon-SP細胞との間で遺伝子発現プロファイリングが異なっていることが明らかになった。これらのSP細胞中の千個の遺伝子の2つ組が遺伝子発現の変動を示したが、このことは、遺伝子的観点からはHCC細胞が明らかに不均一であることを示している。Huh7及びPLC/PRF/5 SP細胞の両方において、アップレギュレートした62個の遺伝子のうち、HOXA13及びCYP2E1遺伝子だけがHCCに含まれることが以前に実証されている(35, 36)。SP細胞は、大部分のHCC細胞株(30, 36)及び外科的試料(37, 38)と比較して、全く異なるmRNA発現パターンを示すことを強調すべきである。   Exhaustive genome screening using oligonucleotide arrays revealed that gene expression profiling is different between SP and Non-SP cells in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells. Duplicates of 1,000 genes in these SP cells showed variations in gene expression, which indicates that HCC cells are clearly heterogeneous from a genetic point of view. In both Huh7 and PLC / PRF / 5 SP cells, it has been previously demonstrated that only HOXA13 and CYP2E1 genes are included in HCC out of 62 genes that are up-regulated (35, 36). It should be emphasized that SP cells show a completely different mRNA expression pattern compared to most HCC cell lines (30, 36) and surgical samples (37, 38).

次に、本発明者らは、SP細胞においてアップレギュレートしている遺伝子のサブセットを示すデータをいわゆる「幹細胞性遺伝子」のプロファイリング(25, 26)と比較した。これらの遺伝子は、幹細胞における機能的及び表現型の性質を維持するのに非常に重要であると考えられる。この分析において、Huh7 SP細胞においてアップレギュレートした6個の遺伝子及びPLC/PRF/5 SP細胞においてアップレギュレートした10個の遺伝子は、以前のマイクロアレイ研究で実証された「幹細胞性遺伝子」と重複していた。Huh7 SP細胞においてアップレギュレートしたITGB1(CD29)は肝臓における幹細胞マーカーの一つであると認められる。ITGB1に対するモノクローナル抗体はしばしばフローサイトメトリーを用いる肝幹細胞の分離に利用される(39)。PLC/PRF/5 SP細胞においてアップレギュレートしたFZD7は、Wntシグナル伝達経路の受容体の一つであり、これは幹細胞の自己複製の調節と密接に関連がある。さらに、WNT5A, WNT6, CTNNB1及びJUNはWnt経路の重要な構成要素であるが、これもPLC/PRF/5 SP細胞においてアップレギュレートしている。調節不全になったWnt経路は時折腫瘍細胞の広範な増殖を許し(40)、FZD7の癌化の役割はすでにHCCにおいて報告されている(41)。まとめると、これらの結果は、これらの遺伝子が、肝臓の正常幹細胞及び癌幹細胞の両方の維持に深く関与していることを示しているのかもしれない。今後、これらの遺伝子発現が、SP細胞における腫瘍形成を含む癌幹細胞様の性質の決定に重篤に関与するか否かを調べた方がよいであろう。   Next, we compared data showing a subset of genes up-regulated in SP cells with the so-called “stem cell gene” profiling (25, 26). These genes are believed to be very important in maintaining functional and phenotypic properties in stem cells. In this analysis, 6 genes up-regulated in Huh7 SP cells and 10 genes up-regulated in PLC / PRF / 5 SP cells overlap with the “stem cell genes” demonstrated in previous microarray studies. Was. ITGB1 (CD29) up-regulated in Huh7 SP cells is recognized as one of the stem cell markers in the liver. Monoclonal antibodies against ITGB1 are often used to isolate hepatic stem cells using flow cytometry (39). FZD7, which is up-regulated in PLC / PRF / 5 SP cells, is one of the receptors of the Wnt signaling pathway, which is closely related to the regulation of stem cell self-renewal. Furthermore, WNT5A, WNT6, CTNNB1 and JUN are important components of the Wnt pathway, which are also up-regulated in PLC / PRF / 5 SP cells. The dysregulated Wnt pathway sometimes allows extensive proliferation of tumor cells (40), and the role of FZD7 oncogenesis has already been reported in HCC (41). Taken together, these results may indicate that these genes are deeply involved in the maintenance of both normal and cancer stem cells in the liver. In the future, it would be better to investigate whether the expression of these genes is seriously involved in determining cancer stem cell-like properties, including tumorigenesis in SP cells.

SP細胞の著しい減少がABCG2/BCRP1ヌルマウスの骨髄で観察されたので、SP表現型はABCG2/BCRP1により決定されると報告されている(42, 43)。しかしながら、ABCB1(MDR1)のような他のABCトランスポーターが同様に表現型に関係しているか否かは議論の余地がある(44)。本発明者らのマイクロアレイ分析によると、Huh7 SP細胞におけるABCG1及びABCF2、PLC/PRF/5 SP細胞におけるABCB2、ABCC7、ABCA5及びABCB1はアップレギュレートしているが、どちらのSP細胞においてもABCG2/BCRP1はアップレギュレートしていないことが示された。また、ABCA3は、神経芽細胞腫SP細胞においてNon-SP細胞より高度に発現していることが実証された(45)。まとめると、正常細胞と形質転換細胞との間では、Hoechst色素を排出する別の機構が作動しているのかもしれない。   The SP phenotype has been reported to be determined by ABCG2 / BCRP1 since a marked decrease in SP cells was observed in the bone marrow of ABCG2 / BCRP1 null mice (42, 43). However, it is debatable whether other ABC transporters such as ABCB1 (MDR1) are similarly related to the phenotype (44). According to our microarray analysis, ABCG1 and ABCF2 in Huh7 SP cells, ABCB2, ABCC7, ABCA5 and ABCB1 in PLC / PRF / 5 SP cells are upregulated, but in both SP cells ABCG2 / BCRP1 was shown not to be up-regulated. ABCA3 was also demonstrated to be highly expressed in non-SP cells in neuroblastoma SP cells (45). In summary, another mechanism that excretes Hoechst dye may be operating between normal and transformed cells.

結論として、本発明者らは、Huh7及びPLC/PRF/5細胞におけるSP細胞ソーティングを用いて腫瘍形成性のサブ集団を定義することができた。これらのデータは、HCC細胞株の癌幹細胞を起点とする明確な階層性により特徴付けられる不均一性を示す。最近の癌研究及び治療様式の大半は、比較的同種の細胞からなる塊として癌を考えているように思われるが、腫瘍の不均一性を認識し、癌幹細胞を標的とする治療方法を探索する必要がある。SPサブ集団が培養物中で抗癌剤に対して低い感受性を示したことが実証されている(45, 46)。原発のHCC試料において、幹細胞様の性質を持つ細胞を同定し、特徴付けするためのさらなる研究は、新規な治療戦略の確立に貢献するであろう。   In conclusion, we were able to define a tumorigenic subpopulation using SP cell sorting in Huh7 and PLC / PRF / 5 cells. These data show heterogeneity characterized by a clear hierarchy starting from cancer stem cells of the HCC cell line. Most recent cancer research and treatment modalities seem to consider cancer as a mass of relatively homogeneous cells, but recognize tumor heterogeneity and search for treatment methods that target cancer stem cells There is a need to. It has been demonstrated that the SP subpopulation showed low sensitivity to anticancer drugs in culture (45, 46). Further research to identify and characterize cells with stem cell-like properties in primary HCC samples will contribute to the establishment of new therapeutic strategies.

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本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。
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肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子を見出した。これらの遺伝子をマーカーとして利用することにより、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測をすることができる。
また、本発明により得られた肝癌幹細胞は、この細胞を標的とする抗癌剤の開発に利用することができる。
We found genes whose expression is different between SP and Non-SP fractions of liver cancer cells. By using these genes as markers, it is possible to differentiate liver cancer, determine disease stage, or predict prognosis.
Moreover, the hepatoma stem cell obtained by this invention can be utilized for development of the anticancer agent which targets this cell.

Claims (17)

血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測方法であって、前記特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである前記方法。 A method for differentiation of liver cancer, determination of disease stage or prediction of prognosis, comprising measuring expression of a specific gene in any of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, wherein the specific gene is SP of liver cancer cells The method as described above, wherein the expression is different between the fraction and the Non-SP fraction. 特定の遺伝子が、表A、B、C又はDのいずれかに列挙されている遺伝子の少なくとも1つである請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the specific gene is at least one of the genes listed in any of Tables A, B, C or D. 表A及び/又はCに列挙されている遺伝子の少なくとも1つの発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する請求項2記載の方法。 Risk of increased malignancy of liver cancer, advanced disease, poor patient prognosis, or recurrence when expression of at least one of the genes listed in Tables A and / or C is elevated 3. The method of claim 2, wherein the method predicts a high value. 表B及び/又はDに列挙されている遺伝子の少なくとも1つの発現が低下している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する請求項2記載の方法。 Risk of high grade of liver cancer, advanced disease, poor patient prognosis, or recurrence when expression of at least one of the genes listed in Tables B and / or D is reduced 3. The method of claim 2, wherein the method predicts a high value. 特定の遺伝子が、CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR及びPF6からなる群並びにPCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1及びSESN3からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子である請求項1記載の方法。 Specific genes are CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, ATF , HOXA13, FOLR1, TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR and PF6 and PCOTH, ZCCHC6, HRMBC1 ATP8B3, TAL1, FGF1, ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, NUSAP1, and SESN3 The method of claim 1, wherein the method is at least one gene. CHM、MSH6、NCOA7、CYP2E1、TM4SF1、F2RL1、TRPM3、AKR1C1、FOXH1、RAB40C、MGC27085、PPP1R3E、UST、CANP、PRSS3、UACA、FOSL2、PSPC1、EXOSC6、LOC388558、RTTN、FAM20A、FGF18、HOXA13、FOLR1、TMF1、PCGF5、GSTA1、XRCC5、MAP3K7IP2、RTN4、BCDO2、CDH22、MYCNOS、FMNL2、PHEX、WDR56、HERC6、SBNO1、FDFT1、ZFR及びPF6からなる群から選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する請求項5記載の方法。 CHM, MSH6, NCOA7, CYP2E1, TM4SF1, F2RL1, TRPM3, AKR1C1, FOXH1, RAB40C, MGC27085, PPP1R3E, UST, CANP, PRSS3, UACA, FOSL2, PSPC1, EXOSC6, LOC388558, RTTN, FAM20A, FGF Increased expression of at least one gene selected from the group consisting of TMF1, PCGF5, GSTA1, XRCC5, MAP3K7IP2, RTN4, BCDO2, CDH22, MYCNOS, FMNL2, PHEX, WDR56, HERC6, SBNO1, FDFT1, ZFR and PF6 The method according to claim 5, wherein liver cancer is highly malignant, the disease is progressing, the patient has a poor prognosis, or the risk of recurrence is high. PCOTH、ZCCHC6、HRMT1L1、INHBC、ATP8B3、TAL1、FGF1、ADCY9、CAPS2、ANXA2、FLJ34077、AD7C-NTP、GLRB、MGAT2、SASH1、HIF1A、LMTK3、EYA3、IPP、CAPN2、GAFA1、HELLS、NF1、NUSAP1及びSESN3からなる群より選択される少なくとも1つの遺伝子の発現が低下している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する請求項5記載の方法。 PCOTH, ZCCHC6, HRMT1L1, INHBC, ATP8B3, TAL1, FGF1, ADCY9, CAPS2, ANXA2, FLJ34077, AD7C-NTP, GLRB, MGAT2, SASH1, HIF1A, LMTK3, EYA3, IPP, CAPN2, GAFA1, HELLS, NF1, SAP1 When the expression of at least one gene selected from the group consisting of SESN3 is decreased, the malignancy of liver cancer is high, the disease is progressing, the patient has a poor prognosis, or the risk of recurrence is high The method of claim 5, wherein the prediction is performed. 特定の遺伝子が、XRCC5である請求項1記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the specific gene is XRCC5. XRCC5の発現が上昇している場合に、肝臓癌の悪性度が高い、疾患が進行している、患者の予後が悪い、あるいは再発のリスクが高いと予測する請求項8記載の方法。 9. The method according to claim 8, wherein when the expression of XRCC5 is increased, it is predicted that the malignancy of liver cancer is high, the disease is progressing, the patient has a poor prognosis, or the risk of recurrence is high. 特定の遺伝子の発現をタンパク質レベルで測定する請求項1〜9のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the expression of a specific gene is measured at a protein level. 特定の遺伝子の発現をRNAレベルで測定する請求項1〜9のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 9, wherein the expression of a specific gene is measured at the RNA level. 肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違する遺伝子の発現を測定することができる試薬を含む、肝臓癌の鑑別、疾患ステージの判定又は予後の予測のためのキット。 A kit for differentiation of liver cancer, determination of disease stage, or prediction of prognosis, comprising a reagent capable of measuring the expression of genes whose expression is different between the SP fraction and non-SP fraction of liver cancer cells. 血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝癌幹細胞の検出方法であって、前記特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである前記方法。 A method for detecting a liver cancer stem cell, comprising measuring the expression of a specific gene in any one of blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, wherein the specific gene comprises an SP fraction and a non-SP fraction of liver cancer cells. Wherein said expression is different. 血液、肝癌細胞又は肝癌組織のいずれかにおける特定の遺伝子の発現を測定することを含む、肝癌幹細胞と肝癌非幹細胞とを見分ける方法であって、前記特定の遺伝子は肝癌細胞のSP画分とNon-SP画分とで発現が相違するものである前記方法。 A method for distinguishing between hepatoma stem cells and hepatoma non-stem cells, comprising measuring the expression of a particular gene in either blood, liver cancer cells or liver cancer tissue, wherein the particular gene comprises an SP fraction of liver cancer cells and Non -The method as described above, wherein the expression is different between the SP fraction. 二次移植をした場合に、腫瘍形成能を保持している肝癌細胞。 Liver cancer cells that retain the ability to form tumors after secondary transplantation. side population細胞分離法により、蛍光シグナルの弱い細胞集団を分離することを含む、請求項15記載の肝癌細胞の調製方法。 The method for preparing liver cancer cells according to claim 15, comprising separating a cell population having a weak fluorescence signal by a side population cell separation method. 請求項15記載の肝癌細胞を用いて、抗癌剤をスクリーニングする方法。 A method for screening an anticancer agent using the liver cancer cell according to claim 15.
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