構造、配列、代謝情報を基盤とする抗がん性核酸誘導体の設計

• Project/Area Number: 12217001
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松田 彰 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 教授 (90157313)
• Project Period (FY): 2000 – 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥43,200,000 (Direct Cost: ¥43,200,000); Fiscal Year 2004: ¥9,700,000 (Direct Cost: ¥9,700,000); Fiscal Year 2003: ¥8,800,000 (Direct Cost: ¥8,800,000); Fiscal Year 2002: ¥9,000,000 (Direct Cost: ¥9,000,000); Fiscal Year 2001: ¥7,700,000 (Direct Cost: ¥7,700,000); Fiscal Year 2000: ¥8,000,000 (Direct Cost: ¥8,000,000)
• Keywords: 固形がん / 放射線 / 代謝拮抗剤 / ECyd / CNDAC / 併用効果 / survivin / Chk1 / UCK-2 / Bcl-2 / ネクローシス / アポトーシス / X線 / G2 / M期checkpoint / シスプラチン / HMG蛋白 / 4-チオリボヌクレオシド / ミトコンドリア / Bax / トランスロケーション / z-VAD-fmk / ウリジン・シチジンキナーゼ / 核酸代謝酵素 / デコイ核酸 / DNA(cytosine-5)methyltransferase / 4'-チオシチジン誘導体

Research Abstract

CNDACは、その三リン酸体がDNA中に取込まれると、β-脱離反応により一本鎖切断を起こすように分子設計した抗癌性ヌクレオシドである.本研究では、その機序解析を詳細に行い、以下の諸点を明らかにした.1)5種類の血液癌細胞、3種類の固形癌細胞および患者から採取した2種類の繊維芽細胞を用いてG2/M期の割合をCNDAC未処理細胞と処理細胞間で比較したところ、未処理細胞では14〜29%なのに対して処理細胞では33〜55%と有意に増加していた.2)G2期停止に伴って、Chk1のSer-317,Ser-345のリン酸化が起こり、さらにChk1の標的であるCdc25CのSer-216のリン酸化が進行する.その結果、Cdk1のTyr-15がリン酸化されたままになりCyclin B1レベルを上昇させG2期停止に至る.3)CNDAC処理細胞にUCN-01(Chk1阻害剤)を添加すると、G2期細胞の割合が急速に減少し、一時的にG1期細胞が増える.その後、G1期細胞が減少し、アポトーシスが開始される.UCN-01単独ではこのような作用は観察されないので、UCN-01はG2期停止をabrogateし、アポトーシスによる細胞死を大幅に増加させる.4)ML-1細胞をCNDAC処理したところ、二本鎖切断が主に起きていることが明らかになった.この効果もまた、UCN-01添加で増強された.以上のように、CNDACのG2期停止に至る機序の解明とそれに基づくChk1の阻害剤による作用増強が可能になった.
がん細胞にX線を照射するとDNAの二本鎖切断を起こすために、G2 checkpoint経路が活性化されG2期で停止し、DNAの修復を待つ.一方、ECydの代謝物であるECyd 5'-三リン酸はRNAポリメラーゼを強力に阻害し、これが引金となりアポトーシスを起こす.この両者を併用した場合に、X-線照射ではヒト胃がん細胞MKN45細胞はネクローシスしか起こさないのに対して、ECydを添加するとアポトーシスへと細胞死の方向を変えることが明らかになった.この機序を明らかにすべく種々検討の結果、ECyd処理により、抗アポトーシス蛋白の一種であり各種がん細胞に高率に発現しているsurvivinがmRNAレベルでも蛋白レベルでも急激に減少することが明らかになった.SurvivinはCdc2-cyclin B1によりリン酸化を受け、M期で抗アポトーシスを発揮しているが、ECyd処理によりsurvivinが合成されなくなったためG2 checkpointが解除され、caspase依存的なアポトーシスが誘導されたと考えられる.

Research Products

• [Journal Article] Antitumor activity of sugar-modified cytosine nucleosides. (2004)
  • Author(s): Matsuda, A., et al.
  • Journal Title: Cancer Sci. 95 Pages: 105-111
  • NAID: 10012710063
• [Journal Article] Structural basis for the specificity, catalysis and regulation of human uridine-cytidine kinase. (2004)
  • Author(s): Suzuki, N.N., et al.
  • Journal Title: Structure 12 Pages: 751-764
• [Journal Article] Synthesis and physical and physiological properties of 4'-thioRNA : Application to post-modification of RNA aptamer toward NF-κB. (2004)
  • Author(s): Hoshika, S., et al.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. 32 Pages: 3815-3825
• [Journal Article] A crucial role of uridine/cytidinekinase2inantitumoractivity of 3'-ethynyl nucleosides. (2004)
  • Author(s): Murata, D., et al.
  • Journal Title: Drug Metab.Dispos. 32 Pages: 1178-1182
• [Journal Article] A novel anticancer ribonucleoside, 1-(3-C-ethynyl-β-D-ribo-pentofuranosyl) cytosine, enhances radiation-induced cell death in tumor cells. (2004)
  • Author(s): Inanami, O., et al.
  • Journal Title: Radiat.Res. 162 Pages: 635-645
• [Publications] Nomura, M., Shuto, S., Matsuda, A.: "Synthesis of the cyclic and acyclic acetal derivatives of 1-(3-C-ethynyl-β-D-ribo-pentofuranosyl)cytosine, a potent antitumor nucleoside. Design of prodrugs to be selectively activated in tumor tissues via a bio-reduction hydrolysis mechanism."Bioorg.Med.Chem.. 11. 2453-2461 (2003)
• [Publications] Minakawa, N., Kato, Y., Uetake, K., Kaga, D., Matsuda, A.: "An improved large scale synthesis of 1,4-anhydro-4-thio-D-ribitol."Tetrahedron. 59. 1699-1702 (2003)
• [Publications] Sukeda, M., Ichikawa, S., Matsuda, A., Shuto, S.: "The first radical method for the introduction of an ethynyl group using a silicon tether and its application to the synthesis of 2-deoxy-2-C-ethynylnucleosides."J.Org.Chem.. 68. 3465-3475 (2003)
• [Publications] Maseoka, A., Matsubara, M., Hasegawa, R., Tanaka, T., Kuris, S., Terato, H., Ohyama, Y, Karino N., Matsuda, A., Ide, H.: "Mammalian 5-formyluracil-DNA glycosylase. 2. Role of SMUG1 uracil-DNA glycosylase in repair of 5-formyluracil and other oxidaized and deaminated base lesions."Biochemistry. 42. 5003-5012 (2003)
• [Publications] Minakawa, N., Kojima, N., Hikishima, S., Sasaki, T., Kiyosue, A., Atsumi, N., Ueno, Y., Matsuda, A.: "New base pairing motifs. The synthesis and thermal stability of oligodeoxynucleotides containing imidazopyridopyrimidine nucleosides with the ability to form four hydrogen bonds."J.Am.Chem.Soc.. 125. 9970-9982 (2003)
• [Publications] Nomura, M., et al.: "Practical large-scale synthesis of 1-(3-C-ethynyl-b-D-ribo-pentofuranosyl)cytosine (ECyd), a potent antitumor nucleoside. Isobutyryloxy group as an efficient anomeric leaving group in the Vorbruggen glycosylation reaction"Tetrahedron. 58. 1279-1288 (2002)
• [Publications] Shimamoto, Y., et al.: "Cellular and biochemical mechanisms of the resistance of human cancer cells to a new anticancer ribo-nucleoside, TAS-106"Jpn. J. Cancer Res.. 93. 445-452 (2002)
• [Publications] Shimamoto, Y., et al.: "Sensitivity of human cancer cells to the new anticancer ribo-nucleoside TAS-106 is correlated with expression of uridine-cytidine kinase2"Jpn. J. Cancer Res.. 93. 825-833 (2002)
• [Publications] Obata, T., et al.: "Deletion mutants of human deoxycylidine kinase mRNA in cells resistant to antitumor cytosine nucleoside"Jpn.J.Cancer Res.. 92. 793-798 (2001)
• [Publications] Azuma, A., et al.: "Cellular pharmacokinetics and pharmacodynamics of the deoxycytidine analog 2'-C-cyano-2'-deoxy-1-β-D-arabino-pentofuranosylcytosine (CNDAC)"Biochem.Pharmacol.. 61. 1497-1507 (2001)
• [Publications] Shimamoto, Y., et al.: "Antitumor activity and pharmacokinetics of TAS-106, 1-(3-C-ethynyl-β-D-ribo-pentofuranosyl)cytosine"Jpn.J.Cancer Res.. 92. 343-351 (2001)
• [Publications] Y.Nomura, et al.: "2-Chloro-2'-deoxyadenosine induces apoptosis through the Fas/Fas ligand pathway in human leukemia cell line MOLT-4."Leukemia. 14. 299-306 (2000)
• [Publications] T.Naka, et al.: "The stereoselective synthesis of 4'-β-thioribonucleosides via the Pummerer reaction."J.Am.Chem.Soc.. 122. 7233-7243 (2000)
• [Publications] M.Nomura, et al.: "Development of an efficient intermediate, α-[2-(trimethylsilyl) ethoxy]-2-N-[2-(trimethylsilyl) ethoxycarbonyl] folic acid, for the synthesis of folate (γ)-conjugates, and its application to the synthesis of folate-nucleoside conjugates."J.Org.Chem.. 65. 5016-5021 (2000)
• [Publications] T.Asai, et al.: "Targeting and antitumor efficacy of liposomal 5'-O-dipalmitoylphosphatidyl 2'-C-cyano-2'-deoxy-1-β-D-arabino-pentofuranosylcytosine in mice lun bearing Bl6BL6 melanoma."Cancer Lett.. 162. 49-56 (2001)