放射線治療抵抗性克服に向けた腫瘍低酸素分画の予知と新規治療戦略開発

• Project/Area Number: 12217066
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 平岡 眞寛 (平岡 真寛) 京都大学, 医学研究科, 教授 (70173218)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大屋 夏生 熊本大学, 医学薬学研究部, 教授 (70281095) ; 近藤 科江 京都大学, 医学研究科, 研究員(COE)(常勤形態) (40314182) ; 澁谷 景子 京都大学, 医学研究科, 助手 (50335262) ; 赤木 清 関西医科大学, 医学部, 講師 (30098115) ; 原田 浩 京都大学, 医学研究科, 研究員(科学技術振興)(常勤形態) (80362531) ; 柴田 徹 京都大学, 医学研究科, 助手 (40293857) ; 芝本 雄太 名古屋市立大学, 医学部, 教授 (20144719)
• Project Period (FY): 2004
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2004)
• Budget Amount: ¥128,400,000 (Direct Cost: ¥128,400,000); Fiscal Year 2004: ¥27,700,000 (Direct Cost: ¥27,700,000); Fiscal Year 2003: ¥27,700,000 (Direct Cost: ¥27,700,000); Fiscal Year 2002: ¥24,500,000 (Direct Cost: ¥24,500,000); Fiscal Year 2001: ¥24,500,000 (Direct Cost: ¥24,500,000); Fiscal Year 2000: ¥24,000,000 (Direct Cost: ¥24,000,000)
• Keywords: 放射線治療 / 低酸素がん細胞 / がん治療 / 標的特異性 / 遺伝子治療 / イメージング / 放射線科学 / ハイポキシア / コメットアッセー / HIF-1α / HRE / アデノウイルス / HIV-1 tat PTD / ODD domain / 低酸素 / 転写調節 / 低酸素細胞 / コメットアッセイ / 低酸素環境 / 悪性腫瘍 / アポトーシス / c-IAP2 / BAX

Research Abstract

固形腫瘍内に常在する低酸素環境下(固形腫瘍内低酸素領域)では、放射線感受性が著しく低下するため、腫瘍低酸素は癌の放射線治療成績不良の一因とされている。また近年、低酸素は特異的な遺伝子発現を誘導することにより、腫瘍増殖、血管新生、転移を促進する可能性が指摘されている。事実、子宮頸癌、頭頚部癌等の腫瘍内酸素分圧測定を施行した国内外の臨床研究において、低酸素分画の多寡と治療効果や生命予後との間に強い相関が報告されている。一方、治療抵抗性を示す低酸素は通常、正常組織には存在しないため、翻って考えれば、腫瘍特異的な治療標的と成り得る。我々は、独自のアプローチにより低酸素を標的とする新規治療法として、低酸素刺激により遺伝子発現が誘導されるベクターシステムの開発、および酸素依存性の蛋白分解経路を応用した低酸素指向性融合蛋白の開発を行ってきており、動物実験レベルにおいて放射線治療効果の増強が示されつつある。これらの成果を発展させるためには、生体内での高精度な腫瘍低酸素分画の画像化の実現が不可欠である。固形腫瘍内低酸素領域を実験動物で可視化するために、低酸素誘導プロモーターの下流に蛍光タンパク質遺伝子を繋いだプラズミドを構築し、これを安定に組み込んだ腫瘍細胞を樹立した。これを実験動物に移植して形成した固形腫瘍において、低酸素領域で発現する蛍光タンパク質を観察することで、固形腫瘍内低酸素領域を可視化することに成功した(研究発表論文参照)。また同様の低酸素誘導プロモーターの下流に細胞死を誘導するタンパク質をコードする遺伝子を繋いだプラズミドを用いて、低酸素がん細胞を標的とする遺伝子治療モデルを示すことができた(研究発表論文参照)。現在、これらの系をさらに発展させて、bioluminescenceを利用したリアルタイムイメージングによる、固形腫瘍内低酸素領域に特異的な低酸素指向性融合蛋白の治療効果の検証等も行っている(研究発表論文参照)。

Research Products

• [Journal Article] 革新的診断・治療へのアプローチ-膜透過性・標的特異性を有する融合タンパク質を用いてイメージング・ターゲティング- (2005)
  • Author(s): 近藤科江, 原田浩, 平岡真寛
  • Journal Title: Bio Clinica 20 Pages: 53-58
• [Journal Article] A tumor-specific Gene Therapy Strategy Targeting Dysregulation of the VHL/HIF Pathway in Renal Cell Carcinomas
  • Author(s): Ogura M., Shibata T., Yi J., Liu J., Qu R., Harada H., Hiraoka M.
  • Journal Title: Cancer Science (印刷中)
• [Journal Article] Real-time Imaging of Hypoxia-inducible Factor-1 activity in tumor xenografts.
  • Author(s): Liu J, Qu R, Ogura M, Shibata T., Harada H., Hiraoka M
  • Journal Title: J Radiat Res (Tokyo) (印刷中)
  • NAID: 110004041100
• [Patent(Industrial Property Rights)] 病態の状態をリアルタイムで観察可能なモデル動物とそれを可能にする遺伝子構築物及びその作用 (2005)
  • Inventor(s): 近藤 科江, 原田 浩, 平岡 真寛, 山田 秀一
  • Industrial Property Rights Holder: 京都大学, 関西TLO
  • Industrial Property Number: 2005-069013
  • Filing Date: 2005-03-11
• [Publications] Shibata T, Hiraoka M., et al.: "Cholangitis and liver abscess after percutaneous ablation therapy for liver tumors : incidence and risk factors."J.Vasc.Interv.Radio. 14(2). 1535-1542 (2003)
• [Publications] Kizaka-Kondoh, S., Hiraoka, M., et al.: "Tumor hypoxia : A target for selective cancer therapy."Cancer Sci.. 94(12). 1021-1028 (2003)
• [Publications] Ogura M, Hiraoka M., et al.: "A tumor-specific gene therapy for renal cell carcinomas using a hypoxia-responsive vector system."Int.J.Radiat.Oncol.Biol.Phys.. 57(2Suppl.). S345-S346 (2003)
• [Publications] Oya N, Hiraoka M., et al.: "Postoperative radiotherapy for intracranial ependymoma : analysis of prognostic factors arid patterns of failure."J.Neurooncol.. 56(1). 87-94 (2002)
• [Publications] Harada, H., Hiraoka, M.et al.: "Antitumor Effect of TAT-Oxygen-dependent Degradation-Caspase-3 Fusion Protein Specifically Stabilized and Activated in Hypoxic Tumor Cells."Cancer Res.. 62. 2013-2018 (2002)
• [Publications] Takata, M., Hiraoka, M., et al.: "Conserved domains in the chicken homologue of BRCA2"Oncogene. 21. 1130-1134 (2002)
• [Publications] Harada H, Hiraoka M, Kizaka-Kondoh S.: "Antitumor effect of TAT-oxygen-dependent degradation-caspase-3 fusion protein specifically stabilized and activated in hypoxic tumor cells"Cancer Res.. 62(7). 2013-2018 (2002)
• [Publications] Ueda T, Akiyama N, Sai H, Oya N, Noda M, Hiraoka M, Kizaka-Kondoh S.: "c-IAP2 is induced by ionizing radiation through NF-kappaB binding sites"FEBS Lett.. 491(1-2). 40-44 (2001)
• [Publications] Oya N, Sasai K, Shibata T, Hiraoka M., et al.: "Time course of reoxygenation in experimental murine tumors after carbon-beam and X-ray irradiation"J Radiat Res (Tokyo). 42(2). 131-141 (2001)
• [Publications] Tachiiri S, Sasai K, Oya N, Hiraoka M.: "Enhanced cell killing by overexpression of dominant-negative phosphatidylinositol 3-kinase subunit, Deltap85, following genotoxic stresses"Jpn J Cancer Res. 91(12). 1314-1318 (2000)
• [Publications] Xie X, Sasai K, Shibuya K, Hiraoka M.: "P53 status plays no role in radiosensitizing effects of SN-38, a camptothecin derivative"Cancer Chemother Pharmacol.. 45(5). 362-368 (2000)
• [Publications] Guo GZ, Sasai K, Oya N, Shibata T, Shibuya K, Hiraoka M: "A significant correlation between clonogenic radiosensitivity and the simultaneous assessment of micronucleus and apoptotic cell frequencies"Int J Radiat Biol.. 75(7). 857-864 (1999)
• [Publications] Shibuya K, Sasai K, Xie X, Utsumi H, Shibata T, Hiraoka M.: "Detection of hypoxic cells in murine tumors using the comet assay : comparison with a conventional radiobiological assay"Jpn J Cancer Res.. 90(8). 880-886 (1999)
• [Publications] Kanamori S, Nishimura Y, Okuno Y, Horii N, Saga T, Hiraoka M.: "Induction of vascular endothelial growth factor (VEGF) by hyperthermia and/or an angiogenesis inhibitor"Int J Hyperthermia. 15(4). 267-278 (1999)
• [Publications] Shibata T, Akiyama N, Noda M, Sasai K, Hiraoka M.: "Enhancement of gene expression under hypoxic conditions using fragments of the human vascular endothelial growth factor and the erythropoietin genes"Int J Radiat Oncol Biol Phys. 42(4). 913-916 (1998)
• [Publications] Sasai K, Guo GZ, Shibuya K, Oya N, Shibata T, Nagata Y, Hiraoka M.: "Effects of SN-38 (an active metabolite of CPT-11) on responses of human and rodent cells to irradiation"Int J Radiat Oncol Biol Phys.. 42(4). 785-788 (1998)
• [Publications] Ueda T., Akiyama N., Sai H., Oya N., Noda M., Hiraoka M., Kizaka-Kondoh S.: "c-IAP2 is induced by ionizing radiation through NF-κB binding sites"FEBS Letters. 491. 40-44 (2001)
• [Publications] Fujimori A, Tachiiri S, Sonoda E, Larry H Thompson, Pawan Kumar Dhar, Hiraoka M, Takeda S, Yong Zhang, Michael Reth, Takata M: "Rad52 partially substitutes for the Rad51 paralog XRCC3 in maintaining chromosomal integrity in vertebrate cells"The EMBO Journal. 20(19). 5513-5520 (2001)
• [Publications] Oya N., Sasai K., Shibata T., Takagi T., Shibuya K., Koike s., Nojima K., Fukusawa Y., Ando K., Hiraoka M.: "Time course of reoxygenation in experimental murine tumors after Carbon-beam and X-ray irradiation"J. Radiat. Res.. 42. 131-141 (2001)
• [Publications] Araki N., Nagata Y., Fujiwara K., Aoki T., Mitsumori M., Kimura H., Itasaka S., Saitou H., Hiraoka M., Kawashita M., Kokubo T.: "Evaluation of glass microspheres for intra-arterial radiotherapy in animal kidneys"Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys.. 49(2). 459-463 (2001)
• [Publications] Horii N, Nishimura Y, Okuno Y, Kanamori S, Hiraoka M, Shimada Y, Imamura M.: "Impact of neoadjuvant chemotherapy on Ki-67 and PCNA labeling indices for esophageal squamous cell carcinomas"Int. J. Radiation Oncology Biol. Phys.. 49(2). 527-532 (2001)
• [Publications] Takata.M., Tachiiri.S., Fujimori.A., Larry H.Thompson, Miki.Y., Hiraoka.M., Takeda.S., Yamazoe.M.: "Conserved domains in the chicken homologue of BRCA2"Oncogene. (in press).
• [Publications] Ueda T,Akiyama N,Sai H,Oya N,Noda M,Hiraoka M,Kizaka-Kondoh S.: "c-IAP2 is induced by ionizing radiation through NF-kB binding sites."FEBS Letters. 491. 40-44 (2001)
• [Publications] Matsuo Y,Akiyama N,Nakamura H,Yodoi J,Noda M,Kizaka-Kondoh S.: "Identification of a novel thioredoxin-related transmembrane protein."J.Biol.Chem.. (in press).
• [Publications] Akiyama N,Matsuo Y,Sai H,Noda M,Kizaka-Kondoh S: "Identification of a series of transforming growth factor b-responsive genes by retrovirus mediated gene trap screening."Mol.Cell.Biol.. 20(9). 3266-3273 (2000)
• [Publications] Xie X,Sasai K,Shibuya K,Tachiiri S,Nihei K,Ohnishi T,Hiraoka M.: "P53 status plays no role in radiosensitizing effects of SN-38, a camptothecin derivative."Cancer-Chemother-Pharmacol.. 45(5)2. 362-368 (2000)
• [Publications] Tachiiri S,Sasai K,Oya N, and Hiraoka M.: "Enhanced Cell Killing by Overexpression of Dominant-negativePhosphatidylinositol 3-Kinase Subunit, Δ p85, Following Genotoxic Stresses."Japanese Journal of Cancer Research.. 91(Dec.). 1314-1318 (2000)