はじめに

NCI-H1781細胞、別名H1781、H-1781、およびNCIH1781としても知られる （Cellosaurus アクセッション番号 CVCL_1494）は、NCIの肺がん細胞株プログラムを通じて樹立され、NCI-海軍腫瘍内科部門の細胞株データベースに初めて登録されたヒト非小細胞肺がん（NSCLC）細胞株である。[1] この細胞株は、活性化型HER2エクソン20挿入変異（G776insV_G/C、すなわちグリシン776→バリン/システインの欠失、A775insVとも表記される、G776C）を有しており、NSCLC研究における基幹モデルとなった。この独自の遺伝的背景により、NCI-H1781は、HER2標的キナーゼ阻害剤の評価、耐性メカニズムの解明、および下流の発がん性シグナル伝達の特性解析において不可欠なものとなっている。 Cancer Cell Line Encyclopedia（CCLE）やCancer Dependency Mapプロジェクトを含む大規模なゲノムイニシアチブにより、この細胞株にはマルチオミクスデータセットによる注釈がさらに付与され、その有用性は汎がんのファーマコゲノミクス研究にまで拡大している。[2]

主なポイント

• NCI-H1781には、HER2およびEGFRシグナル伝達を恒常的に活性化させる、HER2エクソン20の活性化型挿入変異（G776insV_G/C、A775insV,G776Cとも表記される）が存在する。
• この細胞株は、非小細胞肺がん（NSCLC）における不可逆性および可逆性のHER2キナーゼ阻害剤を評価するための主要なin vitroモデルである。
• HER2のドライバー変異に加え、TP53（p.Val157Phe）のホモ接合体変異およびPTENのヘテロ接合体フレームシフト変異が認められる。
• 大規模なコンソーシアムプロジェクトを通じて、包括的なマルチオミクスアノテーション（全エクソームシーケンシング、RNAseq、プロテオミクス、SNPアレイ、薬剤スクリーニング）が一般に公開されている。
• この細胞株は、ゲフィチニブやエルロチニブなどのEGFR選択的チロシンキナーゼ阻害剤に対して本質的に耐性を示しており、有用な耐性モデルとなっている。

NCI-H1781とは何ですか？

NCI-H1781は、低侵襲性肺腺がんと診断された66歳の女性患者の胸水から樹立された。 この細胞株は、包括的な注釈が付けられたヒトがんモデルを構築するために1976年に開始された体系的な取り組みである、NCIの院内肺がん細胞株プログラムの一環として作製された。[3] この遺伝子型を特徴づけるのは、HER2エクソン20におけるヘテロ接合性のインフレーム挿入であり、これによりキナーゼドメインの776番目の位置にアミノ酸残基が追加され、恒常的に活性な受容体が形成される。 この系統は、当初、三富らによって同定されたホモ接合性のTP53ミスセンス変異（p.Val157Phe）も保有しており、[4] また、大規模なエクソームシーケンシング調査を通じて確認された、PTEN遺伝子のヘテロ接合性フレームシフト変異（p.Gln245fs*6）も含まれる。[2] [8] マイクロサテライト不安定性解析の結果、この系統はMSI-lowに分類され、祖先推定では、主に北ヨーロッパおよび南ヨーロッパの遺伝的背景に属することが示された。[5] 重要な点として、この細胞株ではEGFR自体は野生型であるため、薬剤感受性はもっぱら変異型HER2受容体によって決定されており、HER2特異的な発癌シグナル伝達を解明するための明確なモデルとなっている。

細胞培養に関する情報

NCI-H1781の利点

NCI-H1781の最大の利点は、野生型EGFRを背景として、遺伝学的に定義されたHER2エクソン20挿入変異を有している点である。この組み合わせにより、研究者は薬剤への反応を、EGFRの交差活性ではなく、HER2阻害に明確に帰属させることができる。 この変異型は、肺腺がん患者全体の約2～3％に影響を及ぼしており、これまで承認された治療法が存在しなかったため、NCI-H1781はEGFR変異株では対応できない重要なニッチを埋めています。したがって、この細胞株は、HER2駆動型非小細胞肺がん（NSCLC）の創薬において、最も広く使用されている細胞参照モデルとして独自の地位を占めています。

大規模なコンソーシアム体制におけるマルチオミクス解析により、この系統の研究価値はさらに高まっています。NCI-H1781については、全エクソームシーケンシング、SNPアレイ、RNAseq、マイクロアレイ、DNAメチル化解析、逆相タンパク質アレイ、および薬剤スクリーニングパネルを用いてプロファイリングが行われています。[2] [6] [7] [8] この詳細なアノテーションにより、研究者は自身の薬理学的知見を既存のマルチオミクスデータセットと統合することができ、仮説の立案を飛躍的に加速させることができます。解凍後の高い生存率（97.5％）と、97％を超える安定した継代後の生存率により、継代を重ねても実験結果の再現性が確保されます。

NCI-H1781は、EGFR標的薬剤の内部陰性対照としても有用である。 EGFRが野生型であり、この細胞株は本質的に第1世代のEGFRチロシンキナーゼ阻害剤（TKI）に対して感受性を示さないため、EGFR変異型細胞株との直接比較が可能となり、作用機序の解明がより明確になる。ゲノムワイドな極性遺伝子欠失スクリーニングへのその組み込み[9] およびKRASエフェクター依存性に関する研究[10] このことは、HER2の定説的な役割を超えて、この検査が有用なデータを提供する研究分野の幅広さを示している。

NCI-H1781の限界

NCI-H1781株には、TP53およびPTENの併発変異が認められ、これが薬剤反応データの解釈を複雑にする可能性がある。ホモ接合型のTP53 p.Val157Phe置換は、p53依存性のアポトーシスシグナル伝達を変化させ、薬剤投与後に観察される細胞死の程度に影響を与える可能性がある。 同様に、PTENのヘテロ接合性欠損は、HER2とは独立してPI3K–AKTシグナル伝達を活性化させ、恒常的な生存シグナル伝達の背景を作り出す可能性があり、これが阻害剤の効果を覆い隠したり、誇張したりする恐れがある。したがって、研究者は、表現型を特にHER2に起因させる際には、同系系を用いた並行実験を検討すべきである。

NCI-H1781は、単一ドナー由来の古くから確立された細胞株であるため、患者の腫瘍に見られる腫瘍内異質性のすべてを反映しているわけではありません。連続的な継代に伴うクローン進化により、元の腫瘍には存在しなかったさらなる遺伝的変化が生じる可能性があります。 ショート・タンデム・リピート（STR）プロファイリングによる真正性確認および定期的なマイコプラズマ検査は、依然として不可欠な品質管理措置であり、大規模な細胞株カタログは、データの信頼性を維持する上でこれらの実践がいかに重要であるかを浮き彫りにしている。[11]

また、この細胞株は、HER2エクソン20挿入を伴う肺腺がん以外の状況では、その応用範囲が限定的である。EGFR活性化変異、KRASドライバー変異、あるいは非小細胞肺がん（NSCLC）のその他の組織学的サブタイプを必要とする研究では、補完的な細胞株が必要となる。 さらに、この細胞株は2次元単層モデルであるため、生体内に存在する3次元の腫瘍微小環境、血管新生、あるいは免疫相互作用を再現できず、その後の異種移植モデルやオルガノイドを用いた検証の必要性を浮き彫りにしている。

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用途

HER2標的キナーゼ阻害剤の評価

NCI-H1781は、非小細胞肺がん（NSCLC）におけるHER2標的キナーゼ阻害剤を評価するためのベンチマーク細胞株である。Shimamura、 Ji、Minamiによる先駆的な研究では、不可逆的なEGFR/HER2二重阻害剤であるHKI-272（ネラチニブ）が、G776insV_G/C変異を有するNCI-H1781細胞の増殖を強力に阻害し、G1期細胞周期停止およびアポトーシスを誘導することが実証された。 [12] 極めて重要なことに、この研究では、HKI-272がHER2およびEGFRの両方の自己リン酸化を阻害することも示され、不可逆性阻害剤を用いてこの変異クラスを標的とするメカニズムの基礎が確立された。[12]

この知見を基盤として、その後の研究により、その他の不可逆性汎HER阻害剤の活性も確認された。 EGFR/ErbB2二重阻害剤であるMP-412（AV-412）は、NCI-H1781異種移植モデルにおいてERBB2のリン酸化および下流シグナル伝達を抑制し、in vitroでの知見と一致するin vivoでの抗腫瘍活性を示した。[13] 低酸素活性化プロドラッグである汎HER阻害剤タルロキシチニブ-Eについても、NCI-H1781細胞および個別のHER2変異を発現するBa/F3細胞を用いて評価が行われ、N-エチル-N-ニトロソウレアによる変異誘発スクリーニングを通じて、この薬剤に対する耐性メカニズムが解明された。[14]

可逆性HER2阻害剤セバベルチニブを評価した研究では、A775insV、G776Cエクソン20挿入変異を有するNCI-H1781細胞において、強力な抗増殖活性が報告され（_IC50 = 19.7 nmol/L）、これによりセバベルチニブは、このモデルで試験された可逆性阻害剤の中で最も強力なものの1つに位置づけられた。 NCI-H1781におけるセバベルチニブの活性プロファイルは、下流経路の抑制と併せて特徴づけられ、この細胞株が可逆性および不可逆性のHER2阻害剤クラス間の直接比較に有用であることが浮き彫りになった。 HER2 発がん遺伝子変異を有する肺がん細胞に対するネラチニブの抗腫瘍効果も、NCI-H1781 を用いて、野生型および HER2 増幅型の対照株と並行して同様に特徴づけられ、この分野における同モデルの中心的な役割がさらに強調された。

EGFR TKIの耐性メカニズム

NCI-H1781 の重要な用途の一つは、第一世代 EGFR TKI に対する固有の耐性をモデル化することです。 Wangらは、HER2のYVMA挿入変異体が、EGFR TKIの存在下であっても、キナーゼ不活性型および野生型のEGFRの両方をトランスリン酸化することを示し、ゲフィチニブおよびエルロチニブがこの細胞株においてシグナル伝達を抑制できない理由を説明した。 [15] H1781細胞における変異型HER2のノックダウンにより、EGFR-TKIに対する感受性が回復し、アポトーシスが増加したことから、この状況下ではHER2がTKI耐性の主要な要因として作用していることが実証された。[15]

Gadgeelらは、NCI-H1781（野生型EGFR）とEGFR変異型NSCLC細胞株を比較し、EGFRおよびCOX-2の二重阻害実験を行うことで、この耐性表現型を確認した。 [16] NCI-H1781のデータは、エルロチニブとセレコキシブの同時投与がEGFR野生型細胞において相加的な有益性を生じないことを示しており、EGFR変異の状態がEGFRを標的とした併用療法への反応を決定づけることを強調している。 [16] これらの知見により、NCI-H1781はEGFRを中心とした併用療法研究において貴重な陰性対照として位置づけられた。

(-)-エピガロカテキン-3-ガレート誘導体とシスプラチンまたはパクリタキセルを併用した研究では、EGFRシグナル伝達経路におけるリン酸化の変化を調べるため、NCI-H1781がEGFR野生型非小細胞肺がんの対照株としてさらに用いられた。 これらの研究により、細胞毒性のある併用療法は、EGFRの活性化変異が存在しない場合でも、下流のEGFRシグナル伝達を抑制し得ることが明らかになった。これらの研究成果は総じて、HER2特異的な薬理効果とEGFR特異的な薬理効果を分離する実験対照としての同細胞株の価値を実証している。

抗体薬物複合体（ADC）および併用療法に関する研究

NCI-H1781は、非小細胞肺がん（NSCLC）におけるHER2標的抗体薬物複合体（ADC）の活性を調査するために用いられてきた。Cretellaらは、トラスツズマブ・エムタンシン（T-DM1）が、 トラスツズマブと微小管阻害剤DM1を結合させたADCであるトラスツズマブ・エムタンシン（T-DM1）が、HER2過剰発現NSCLC細胞株において抗増殖作用およびアポトーシス誘導作用を発揮し、in vitroでゲフィチニブ耐性を克服したことを実証した。 [17] この研究は、乳がんではなく肺がんにおけるT-DM1の活性を体系的に検討した初期の研究の一つであり、NCI-H1781細胞株がHER2変異型肺腺がんのモデルとして用いられた。[17]

Wangらは、ラパチニブ、トラスツズマブ、および不可逆的な汎HER阻害剤CI-1033を含む従来のHER2標的薬剤がすべてNCI-H1781細胞の増殖を抑制することを実証し、HER2抑制に対する複数の作用機序が有効であることを裏付けた。 [15] これらの比較データは、HER2エクソン20挿入変異に対して活性を示す薬剤のスペクトルを定義する上で極めて重要であった。 ネットワーク薬理学のアプローチにおいても、NCI-H1781がin vitro非小細胞肺がん（NSCLC）モデルとして利用され、新規植物由来化合物の併用療法後の生存率、アポトーシス、およびコロニー形成能が評価されており、多様な治療法のスクリーニングにおけるこのモデルの汎用性が示されている。

汎がんゲノムおよびプロテオームプロファイリング

NCI-H1781は、大規模ながん細胞株リソースの中で、詳細なアノテーションが施されている細胞株の一つである。 「がん細胞株百科事典（Cancer Cell Line Encyclopedia）」は、数百の細胞株にわたる遺伝子発現、染色体コピー数、および超並列シーケンシングデータを収集し、薬剤感受性の予測モデリングを可能にしたもので、NCI-H1781は文書化された非小細胞肺がん（NSCLC）モデルとして貢献している。 [2] 次世代CCLE拡張プロジェクトでは、RNAスプライシング、DNAメチル化、ヒストンH3修飾、およびマイクロRNA発現の層が追加され、NCI-H1781の分子的プロファイルがさらに詳細化された。[8]

プロテオミクス研究は、NCI-H1781に関するゲノムデータセットを補完するものである。逆相タンパク質アレイによる特性評価では、650以上の細胞株にわたる約230種類の主要ながん関連タンパク質の発現レベルが測定され、リン酸化タンパク質プロファイルが、mRNAデータのみから得られるものを超える薬剤感受性の予測能力を付与することが実証された。 [7] 質量分析法によって作成された949のヒトがん細胞株を対象とした汎がんプロテオミクスマップでは、8,000以上のタンパク質がさらに定量化され、NCI-H1781は非小細胞肺がん（NSCLC）の代表株の一つとして含まれていた。[18]

トランスクリプトームリソースにより、さらに高い分解能がもたらされた。675のヒトがん細胞株を対象とした包括的なRNAシーケンシング研究では、遺伝子発現、変異、および遺伝子融合がカタログ化され、NCI-H1781に対する転写リファレンスが提供され、シグナル伝達経路に基づく解析を裏付けるものとなった。 [6] TCLPリソースは、NCI-H1781を含む1,000以上の細胞株においてHLA型の決定、発現ウイルスの同定、およびネオエピトープの予測を行うことで、これらのデータを補完し、免疫療法関連の研究への道を開いた。 [19] プロテオミクスプロファイリング研究では、SCLCとNSCLCの細胞株間で活性化に差異が見られるシグナル伝達経路が同定され、NCI-H1781がNSCLCの参照株として用いられた。[20]

新規化合物のスクリーニングおよびファーマコゲノミクス

NCI-H1781は、遺伝的変異と薬剤感受性の関連性を解明する大規模なファーマコゲノミクススクリーニングに組み込まれている。 1,000以上のがん細胞株にわたる薬理ゲノミクス相互作用の全体像では、体細胞変異、コピー数変異、DNAメチル化、および遺伝子発現が265種類の薬剤に対する感受性と相関付けられ、NCI-H1781はHER2に起因する感受性パターンに関するデータを提供した。 [21] 「ケミストリー・ファースト」創薬パラダイムに基づき、20万化合物のライブラリを100以上の肺がん細胞モデルでスクリーニングした。この際、NCI-H1781は、肺がんに特徴的な体細胞変異の代表的なパネルの一部として用いられた。[22]

92の細胞株における組み合わせsiRNAスクリーニングを用いたKRASエフェクター依存性プロファイリングでは、NCI-H1781が組み込まれ、異なる発がん遺伝子型がどのように個別のエフェクターノードに関与するかを特徴づけることで、肺がんにおけるシグナル伝達の異質性に対するより広範な理解に貢献した。 [10] 100以上の非小細胞肺がん（NSCLC）細胞株を対象としたRB関連遺伝子発現解析により、NCI-H1781においてRBの発現が損なわれていないことが確認され、細胞周期制御に関する研究の背景情報を提供した。 [23] さらに、ゲノムワイドな微小欠失スクリーニングにより、684のがん細胞株において極性複合体遺伝子の破壊が同定され、NCI-H1781のデータは、潜在的な新規腫瘍抑制メカニズムの解明に寄与した。[9]

約1,400のがん細胞株を対象とした祖先推定により、NCI-H1781は主にヨーロッパ系の遺伝的背景に分類された。この分類は、集団特異的なファーマコゲノミクス知見の解釈や、薬剤スクリーニングパネルにおける多様性の確保に関連している。 [5] これらの薬理ゲノミクスへの応用を総合すると、NCI-H1781は多細胞株創薬フレームワークにおいて、HER2に特化した貴重なデータポイントを提供しており、研究者が感受性または耐性の遺伝的予測因子を大規模に特定することを可能にしている。

結論

NCI-H1781（CVCL_1494）は、HER2エクソン20挿入を原因とする非小細胞肺がん（NSCLC）の卓越した細胞モデルであり、標的キナーゼ阻害剤の評価、耐性メカニズムの解明、および汎がんマルチオミクス・コンソーシアムへの貢献を行うための、遺伝学的に明確に定義されたプラットフォームを提供している。 2006年のHKI-272の活性に関する画期的な実証[12]から、可逆的HER2阻害剤や抗体薬物複合体に関する最新の研究に至るまで、この細胞株はトランスレーショナルな関連性を繰り返し実証してきた。 ゲノム、トランスクリプトーム、プロテオームの各次元にわたる広範なアノテーションにより、その有用性は単一標的の薬理学をはるかに超えて拡大しており、現代のがん生物学ツールキットにおいて汎用性の高いツールとなっています。 検証済みで厳格な品質管理が行われ、解凍後の生存率が 97% 以上であることが確認された NCI-H1781 ストックをお求めの研究者は、cition.com から直接、この細胞株をご注文いただくか、仕様についてお問い合わせください。

主な出版物

1. Phelps RM、Johnson BE、Ihde DC (1996) NCI-海軍腫瘍内科支部細胞株データベース。Journal of cellular biochemistry. 別冊。PMID: 8806092
2. Barretina J, Caponigro G, Stransky N (2012) 「がん細胞株百科事典（The Cancer Cell Line Encyclopedia）」は、抗がん剤感受性の予測モデリングを可能にする。Nature. PMID: 22460905
3. Mulshine JL, Ujhazy P, Antman M (2020) 臨床検体からヒトがん前臨床モデルへ――NCI細胞株データベースの歩み――25年後の現在。『Journal of cellular biochemistry』 PMID: 31803961
4. Mitsudomi T, Steinberg SM, Nau MM (1992) 非小細胞肺がん細胞株におけるp53遺伝子変異およびras変異の存在や臨床的特徴との相関。『Oncogene』. PMID: 1311061
5. Dutil J、Chen Z、Monteiro AN (2019) がん細胞株における遺伝的多様性と推定祖先を調査するためのインタラクティブなリソース。『Cancer research』. PMID: 30894373
6. Klijn C、Durinck S、Stawiski EW (2015) ヒトがん細胞株の包括的な転写プロファイル。Nature Biotechnology. PMID: 25485619
7. Li J、Zhao W、Akbani R (2017) 逆相タンパク質アレイによるヒトがん細胞株の特性評価。Cancer Cell. PMID: 28196595
8. Ghandi M、Huang FW、Jané-Valbuena J (2019) 「がん細胞株エンサイクロペディア」の次世代特性解析。Nature。PMID: 31068700
9. Rothenberg SM、Mohapatra G、Rivera MN (2010) マイクロ欠失に関するゲノムワイドスクリーニングにより、多様なヒトがんにおいて極性複合体遺伝子の破壊が明らかになった。Cancer research. PMID: 20215515
10. Yuan TL、Amzallag A、Bagni R (2018) 発癌性KRASによるエフェクターの差異的関与。Cell Reports. PMID: 29444439
11. Yu M、Selvaraj SK、Liang-Chu MM (2015) 細胞株の認証、アノテーション、および品質管理のためのリソース。Nature。PMID: 25877200
12. Shimamura T、Ji H、Minami Y (2006) ERBB2 G776insV_G/C 変異を有する非小細胞肺がんおよび Ba/F3 形質転換細胞は、上皮成長因子受容体および ERBB2 の二重特異性阻害剤 HKI-272 に対して感受性が高い。 Cancer Research. PMID: 16818618
13. Suzuki T、Fujii A、Ohya J (2009) マウス異種移植モデルにおける、上皮成長因子受容体およびErbB2キナーゼの二重阻害剤MP-412（AV-412）の抗腫瘍活性。Cancer science. PMID: 19459856
14. Koga T、Suda K、Nishino M (2021) HER2変異型肺がんにおけるタルロキシチニブに対する獲得耐性の活性とメカニズム：in vitro研究。Translational Lung Cancer Research. PMID: 34584864
15. Wang SE、Narasanna A、Perez-Torres M（2006）HER2キナーゼドメインの変異は、HER2およびEGFRの恒常的なリン酸化と活性化、ならびにEGFRチロシンキナーゼ阻害剤に対する耐性を引き起こす。『Cancer Cell』。PMID: 16843263
16. Gadgeel SM、Ali S、Philip PA（2007）非小細胞肺がんにおける上皮成長因子受容体（EGFR）およびシクロオキシゲナーゼ-2の二重遮断に対する反応は、腫瘍のEGFR変異状態に依存する可能性がある。Cancer。PMID: 17948911
17. Cretella D、Saccani F、Quaini F (2014) トラスツズマブ・エムタンシンはHER-2過剰発現非小細胞肺がん（NSCLC）細胞株に対して活性を示し、ゲフィチニブ耐性を克服する。Molecular Cancer. PMID: 24898067
18. Gonçalves E、Poulos RC、Cai Z (2022) 949のヒト細胞株における汎がんプロテオミクスマップ。Cancer Cell. PMID: 35839778
19. Scholtalbers J, Boegel S, Bukur T (2015) TCLP：HLA型、予測ネオエピトープ、ウイルス、および遺伝子発現を統合したオンラインがん細胞株カタログ。Genome Medicine. PMID: 26589293
20. Byers LA, Wang J, Nilsson MB (2012) プロテオミクスプロファイリングにより、小細胞肺がんにおける調節異常経路およびPARP1を含む新規治療標的が同定された。Cancer discovery. PMID: 22961666
21. Iorio F、Knijnenburg TA、Vis DJ (2016) がんにおけるファーマコゲノミクス相互作用の全体像。Cell。PMID: 27397505
22. McMillan EA、Ryu MJ、Diep CH (2018) 肺がんにおける個別化治療の選定に向けた「ケミストリー・ファースト」アプローチ。Cell。PMID: 29681454
23. Modi S、Kubo A、Oie H (2000) 中皮腫および肺がんにおけるRB関連遺伝子ファミリーおよびSV40大型T抗原のタンパク質発現。Oncogene。PMID: 11030152
24. Robichaux JP、Elamin YY、Tan Z (2018) 非小細胞肺がんにおけるEGFRおよびHER2エクソン20選択的キナーゼ阻害剤の作用機序と臨床効果。Nature medicine. PMID: 29686424