大腸がんを含む固形がんによる死亡原因の多くは転移・再発が原因であり、転移がんを標的とした新規予防・治療法の開発のために、転移機構の解明は重要である。これまでに、ドライバー遺伝子変異の蓄積が、原発巣でのがん細胞の悪性化形質獲得の原因となるが、一方で転移を促進する遺伝子変異は見つかっておらず、転移巣形成の分子機構は未だ不明である。研究代表者らはこれまでに、マウス腸管腫瘍オルガノイドの移植モデルを使って、転移性の悪性化がん細胞と非転移性がん細胞のクラスターを同時に脾臓に移植すると、肝臓類洞に到達した双方の細胞を含むクラスターが生存して肝転移巣を形成するという、「ポリクローナル転移」機構を実験的に示した。さらにマウスモデル研究によって、転移性がん細胞が肝星細胞を活性化させて線維性微小環境を形成し、それが非転移性がん細胞の生存・増殖を促進する可能性を示した。
本研究では、上記の研究で観察された遺伝的に多様ながん細胞集団によるポリクローナル転移が、実際のヒト大腸がんの転移過程でも認められるのか検証することを目的として実施した。これまでに、ヒト大腸がん原発巣から30系統以上のオルガノイドを樹立して免疫不全マウス脾臓に移植したが、ヒト大腸がんの肝転移巣の病理像を再現した系統は得られなかった。一方で、同一患者の原発巣と肝転移巣のそれぞれから樹立したオルガノイドは、それぞれ脾臓移植により効率よく転移巣を形成したため、このオルガノイドセットを用いて本研究を推進した。
原発巣と転移巣それぞれのオルガノイドを用いた全エクソームシークエンスを実施し、報告されているドライバー遺伝子変異を解析した結果、原発巣、転移巣ともCTNNB1、KRAS、TP53、FGFR４変異が検出され、転移巣特異的なドライバー変異がないことを確認した。さらに、変異アレル頻度も原発巣で90%前後だったため、転移細胞クラスターですでに遺伝的に均一な集団になっていた可能性が考えられた。さらに各オルガノイドからシングルセル由来のサブクローンを樹立し、バーコード標識した上で10クローンずつ混ぜた細胞集団を免疫不全マウス脾臓に移植した結果、多くの転移巣で単独サブクローンの優先的な増殖が認められ、ポリクローナリティは低かった。さらに、選択的に増殖したサブクローンの種類に規則性が見られないことから、転移巣形成過程では、確率論的なクローン選択プロセスが存在した可能性が考えられた。