Novel therapeutic strategy in metastatic breast cancer by targeting misfolded protein-transport along microtubules and aggresome formation

• Project/Area Number: 16K21388
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: General surgery; Applied pharmacology
• Research Institution: Tokyo Medical University
• Principal Investigator: Kazama Hiromi 東京医科大学, 医学部, 助手 (00339350)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 乳がん / アグリソーム / オートファジー / 小胞体ストレス / 乳癌 / プロテアソーム / プロテアソーム阻害剤

Outline of Final Research Achievements

We sought to establish a quantitative assay for monitoring ER stress loading. MDA-MB231 cells stably transfected with the ERAI-Venus vector exhibited a strong XBP1 splicing signal in response to ER stress. Using the IncuCyte cell imaging system, we monitored the fluorescence intensity of XBP1-Venus as an ER stress indicator.
Assessment of the XBP1-Venus signal during exposure to various drug combinations revealed that simultaneous inhibition of the proteasome, autophagy, and aggresome formation such as by using bortezomib, clarithromycin, and vorinostat led to more effective ER stress loading and higher cytotoxicity than inhibition of only two components. Thus, rational inhibition of a coordinated intracellular network for coping with the accumulation of misfolded proteins enhance killing of cancer cells subjected to pronounced ER stress loading, that we call “ER stress-loading therapy”.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

新薬の開発には莫大な予算とリスクが伴い，前臨床試験から第I～III 相臨床試験を経て承認に至る確率は極めて低い。本研究では既存薬の薬剤コンビネーションによりERストレスを最大限に負荷し、かつ、強力な乳癌細胞に対する殺細胞効果を誘導することを示した。“Drug Re-positioning”の観点からも今後、動物実験で治療効果が検証されれば，臨床試験への移行は比較的容易であり、かつ、難治性乳がんの治療成績の向上に寄与できれば，費用対効果および社会貢献度は極めて高いと考える。

Research Products

• [Journal Article] Fingolimod/FTY720 sensitizes EGFR wild-type non-small cell lung cancer cells to lapatinib or sorafenib and induces cell cycle arrest. (2019)
  • Author(s): Ohta K, Ohkuma T, Lorenzo AD, Yokota A, Hino H, Kazama H, Moriya S, Takano N, Hiramoto M, Miyazawa K.
  • Journal Title: Oncol Rep. Volume: - Pages: 231-242
  • DOI: 10.3892/or.2019.7140
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Designing an effective drug combination for ER stress loading in cancer therapy using a real-time monitoring system (2018)
  • Author(s): Kazama H, Hiramoto M, Miyahara K, Takano N, Miyazawa K.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: - Issue: 1 Pages: 286-292
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.05.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Amino acid starvation culture condition sensitizes EGFR-expressing cancer cell lines to gefitinib-mediated cytotoxicity by inducing atypical necroptosis. (2018)
  • Author(s): Saito Y, Moriya S, Kazama H, Hirasawa K, Miyahara K, Kokuba H, Hino H, Kikuchi H, Takano N, Hiramoto M, Tsukahara K, Miyazawa K.
  • Journal Title: Int J Oncol. Volume: 52 Pages: 1165-1177
  • DOI: 10.3892/ijo.2018.4282
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Macrolides sensitize EGFR-TKI-induced non-apoptotic cell death via blocking autophagy flux in pancreatic cancer cell lines. (2016)
  • Author(s): Mukai S, Moriya S, Hiramoto M, Kazama H, Kokuba H, Che XF, Yokoyama T, Sakamoto S, Sugawara A, Sunazuka T, Omura S, Handa H, Itoi T, Miyazawa K.
  • Journal Title: Int J Oncol Volume: 48 Issue: 1 Pages: 45-54
  • DOI: 10.3892/ijo.2015.3237
  • NAID: 120005845877
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Macrolides sensitize EGFR-TKI-induced non-apoptotic cell death via blocking autophagy flux in pancreatic cancer cell lines. (2016)
  • Author(s): Mukai S, Moriya S, Hiramoto M, Kazama H, Kokuba H, Che XF, Yokoyama T, Sakamoto S, Sugawara A, Sunazuka T, Omura S, Handa H, Itoi T, Miyazawa K.
  • Journal Title: Int J Oncol. Volume: 48 Pages: 45-54
  • NAID: 120005845877
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Macrolide antibiotics exhibit cytotoxiceffect under amino acid-depleted culture condition by blocking autophagy flux in head and neck squamous cell carcinoma cell lines. (2016)
  • Author(s): Hirasawa K, Moriya S, Miyahara K, Kazama H, Hirota A, Takemura J, Abe A, Inazu M, Hiramoto M, Tsukahara K, Miyazawa K.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 11 Issue: 12 Pages: 1848-1858
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0164529
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 再発乳癌に対する「小胞体ストレス負荷療法」の確立を目的としたMDA-MB-231-ERAI-venusシステムの応用 (2018)
  • Author(s): 宮原 か奈、風間 宏美、宮澤 啓介、石川 孝
  • Organizer: 第26回 日本乳癌学会学術総会
• [Presentation] Macrolides enhance bortezomib-induced cytotoxicity and overcome stromal cell-mediated drug resistance in myeloma cells (2018)
  • Author(s): 宮澤 啓介、森谷 昇太、風間 宏美、山田 裕美子、徳久 真弓、廣田 綾子、日野 浩嗣、高野 直治、阿部 晃久、平本 正樹
  • Organizer: 第181回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] チロシンキナーゼ阻害薬ゲフィチニブによるオートファジー調節作用に関わる分子標的探索 (2018)
  • Author(s): 平本 正樹、日野 浩嗣、徳久 真弓、風間 宏美、高野 直治、宮澤 啓介
  • Organizer: 第91回 日本生化学会大会
• [Presentation] CDK4/6阻害薬abemaciclibはリソソーム由来の空胞形成を伴った細胞死を誘導する (2018)
  • Author(s): 日野 浩嗣、入山 規良、國場 寛子、風間 宏美、森谷 昇太、高野 直治、平本 正樹、宮澤 啓介
  • Organizer: 第91回 日本生化学会大会
• [Presentation] Lysosome-targeted cytocidal effect of CDK4/6 inhibitor abemaciclib (2018)
  • Author(s): Hirotsugu Hino, Hiromi Kazama, Shota Moriya, Naoharu Takano, Masaki Hiramoto, Keisuke Miyazawa
  • Organizer: 第77回 日本癌学会
• [Presentation] HER2陽性乳癌細胞株における多機能アダプタータンパク質p62/SQSTM1の解析 (2018)
  • Author(s): 横田 歩香、平本 正樹、日野 浩嗣、徳久 真弓、風間 宏美、高野 直治、宮澤 啓介
  • Organizer: 第182回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] プロトンポンプ阻害薬とマクロライド系抗生剤との併用による殺細胞効果の増強 (2018)
  • Author(s): 武田 淳雄、高野 直治、森谷 昇太、風間 宏美、日野 浩嗣、山田 裕美子、阿部 晃久、平本 正樹、宮澤 啓介、塚原 清彰
  • Organizer: 第182回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] CDK4/6阻害薬アベマシクリブはリソソーム機能阻害に起因する空胞形成を伴った細胞死を誘導する (2018)
  • Author(s): 日野 浩嗣、國場 寛子、風間 宏美、森谷 昇太、高野 直治、平本 正樹、宮澤 啓介
  • Organizer: 第182回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] チロシンキナーゼ阻害薬の分子標的によるオートファジー調節作用 (2018)
  • Author(s): 平本 正樹、日野 浩嗣、徳久 真弓、風間 宏美、高野 直治、宮澤 啓介
  • Organizer: 第182回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] Amino acid-starvating culture condition enhances gefitinib-induced cytotoxicity via necroptosis-like cell death in EGFR-expressing cancer cells (2017)
  • Author(s): 齊藤 雄、森谷 昇太、風間 宏美、平澤 一浩、宮原 か奈、國場 寛子、日野 浩嗣、高野 直治、平本 正樹、塚原 清彰、宮澤 啓介
  • Organizer: 第179回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] Amino acids starvation enhances gefitinib-induced cytotoxicity in EGFR-expressing cancer cells via atypical necroptosis (2017)
  • Author(s): Yu Saito, Shota Moriya, Hiromi Kazama, Kazuhiro Hirasawa, Kana Miyahara, Naoharu Takano, Masaki Hiramoto, Kiyoaki Tsukahara, Keisuke Miyazawa
  • Organizer: 第76回 日本癌学会
• [Presentation] Amino acid-starvating culture condition enhances gefitinib-induced cytotoxicity via necroptosis-like cell death in EGFR-expressing cancer cells (2017)
  • Author(s): 齊藤 雄、森谷 昇太、風間 宏美、平澤 一浩、宮原 か奈、國場 寛子、日野 浩嗣、高野 直治、平本 正樹、塚原 清彰、宮澤 啓介
  • Organizer: 第180回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] 転移性乳癌に対するアグリソームを標的とする新規治療薬の可能性 (2017)
  • Author(s): 宮原 か奈、風間 宏美、石川 孝、宮澤 啓介
  • Organizer: 第26回 日本癌病態治療研究会
• [Presentation] Macrolides enhance bortezomib-induced cytotoxicity and overcome stromal cell-mediated drug resistance in myeloma cells (2017)
  • Author(s): 森谷 昇太、風間 宏美、平本 正樹、半田 宏、宮澤 啓介
  • Organizer: 第179回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] 乳癌細胞株におけるアグリソーム形成を標的としたボルテゾミブとビノレルビンの併用療法の有効性 (2017)
  • Author(s): 宮原 か奈、風間 宏美、宮澤 啓介、石川 孝
  • Organizer: 第25回 日本乳癌学会学術総会
• [Presentation] Determination of effective combination of agents for ER-stress loading in breast cancer cells with ERAI-venus system (2017)
  • Author(s): Hiromi Kazama, Masaki Hiramoto, Kana Miyahara, Naoharu Takano, Keisuke Miyazawa
  • Organizer: 第76回 日本癌学会
• [Presentation] Macrolides overcome cell adhesion-mediated bortezomib resistance and enhance the cytotoxic effect in myeloma cells. (2017)
  • Author(s): Shota Moriya, Hiromi Kazama, Masaki Hiramoto, Keisuke Miyazawa
  • Organizer: 第76回 日本癌学会
• [Presentation] ハルミンはヒトメラノーマ細胞G361において抗アポトーシスタンパク質であるサバイビンとMcl-1のユビキチン-プロテアソーム系による分解を促進しアポトーシスを誘導する (2017)
  • Author(s): 阿部 晃久、森谷 昇太、平本 正樹、風間 宏美、宮澤 啓介
  • Organizer: 第180回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] 多発性硬化症治療薬FTY720の抗腫瘍効果の検討 (2017)
  • Author(s): 太田 行紀、大熊 尭、Alberto L.、平本 正樹、日野 浩嗣、風間 宏美、森谷 昇太、高野 直治、宮澤 啓介
  • Organizer: 第180回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] MB231-ERAI-venusシステムを用いた難治性乳癌に対する「ERストレス負荷療法」の確立 (2017)
  • Author(s): 風間 宏美、平本 正樹、宮原 か奈、高野 直治、宮澤 啓介
  • Organizer: 第180回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] CDK4/6阻害薬アベマシクリブによる非アポトーシス/非ネクロプトーシス細胞死を介した抗腫瘍効果 (2017)
  • Author(s): 日野 浩嗣、國場 寛子、風間 宏美、森谷 昇太、高野 直治、平本 正樹、宮澤 啓介
  • Organizer: 第180回 東京医科大学医学会総会
• [Presentation] ハルミンはヒトメラノーマ細胞G361において抗アポトーシスタンパク質であるサバイビンとMcl-1のユビキチン-プロテアソーム系による分解を促進しアポトーシスを誘導する (2017)
  • Author(s): 阿部 晃久、森谷 昇太、平本 正樹、風間 宏美、山田 博之
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（第40回 日本分子生物学会年会、第90回 日本生化学会大会）
• [Presentation] CDK4/6阻害薬abemaciclibはmethuosis様の細胞死を誘導する (2017)
  • Author(s): 日野 浩嗣、入山 規良、國場 寛子、風間 宏美、森谷 昇太、高野 直治、平本 正樹、宮澤 啓介
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（第40回 日本分子生物学会年会、第90回 日本生化学会大会）
• [Presentation] 神経上皮細胞の一次繊毛におけるヘッジホッグ・シグナル伝達系の調節機構に対するPAR3の役割 (2017)
  • Author(s): 廣瀬 智威、風間 宏美、野田 哲生、大野 茂男
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（第40回 日本分子生物学会年会、第90回 日本生化学会大会）
• [Presentation] Macrolides enhance bortezomib-induced cytotoxicity and overcome stromal cell-mediated drug resistance in myeloma cells (2016)
  • Author(s): 森谷 昇太、風間 宏美、平本 正樹、半田 宏、宮澤 啓介
  • Organizer: 第178回 東京医科大学医学会総会
  • Place of Presentation: 東京医科大学病院
  • Year and Date: 2016-11-05
• [Presentation] Macrolides enhance bortezomib-induced cytotoxicity in myeloma cells co-cultured with stroma layer (2016)
  • Author(s): Shota Moriya, Hiromi Kazama, Masaki Hiramoto, Shin Aizawa, Toshiaki Sunazuka, Hiroshi Handa, Keisuke Miyazawa
  • Organizer: 第78回 日本血液学会学術集会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-10-13
• [Presentation] 光反応性クロスリンカーと磁性ナノビーズを用いた分子標的探索の試み (2016)
  • Author(s): 平本 正樹、武村 淳、風間 宏美、森谷 昇太、廣田 綾子、日野 浩嗣、高野 直治、阿部 晃久、宮澤 啓介
  • Organizer: 第89回 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター/東北大学川内北キャンパス
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] Targetiong bortezomib-induced aggresome formation using vinorelbine enhances the cytotoxic effect along with ER-stress loading in breast cancer cell lines (2016)
  • Author(s): 宮原 か奈、風間 宏美、國場 寛子、小松 誠一郎、廣田 綾子、武村 淳、平澤 一浩、森谷 昇太、阿部 晃久、平本 正樹、石川 孝、宮澤 啓介
  • Organizer: 第177回 東京医科大学医学会総会
  • Place of Presentation: 東京医科大学病院
  • Year and Date: 2016-06-04
• [Presentation] Macrolide Antibiotics Exhibit Cytotoxic Effect under Amino Acid-Depleted Culture Condition via Blocking Autophagy Flux in Head and Neck Squamous Cell Carcinoma Cell Lines (2016)
  • Author(s): 平澤 一浩、森谷 昇太、宮原 か奈、風間 宏美、廣田 綾子、武村 淳、阿部 晃久、稲津 正人、平本 正樹、塚原 清彰、宮澤 啓介
  • Organizer: 第177回 東京医科大学医学会総会
  • Place of Presentation: 東京医科大学病院
  • Year and Date: 2016-06-04
• [Remarks] 分子標的探索センター （東京医科大学 生化学分野内）
  • URL: http://www.tokyo-med.ac.jp/target/
• [Remarks] 分子標的探索センター （東京医科大学 生化学分野内）
  • URL: http://www.tokyo-med.ac.jp/target/
• [Remarks] 分子標的探索センター
  • URL: http://www.tokyo-med.ac.jp/target/