ミトコンドリアダイナミクスが細胞の放射線感受性に与える影響とその分子基盤の解明

• Project/Area Number: 17K10465
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Radiation science
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 山盛 徹 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (00512675)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: ミトコンドリア / ミトコンドリアダイナミクス / 放射線 / 細胞死 / Drp1 / Fis1 / 放射線応答

Outline of Annual Research Achievements

近年、ミトコンドリア形態の変化が細胞のストレス応答に大きな影響を与えていることが明らかになりつつあるものの、細胞の放射線応答との関連についてはこれまでほとんど検討されていない。申請者は、“ミトコンドリアダイナミクス”と呼ばれるミトコンドリア形態調節機構が、細胞の放射線感受性ならびに放射線による細胞死の誘導に寄与しているのではないかと考え、本研究によりこの仮説の検証を行った。
マウス乳癌由来EMT6細胞において、ミトコンドリア分裂調節タンパク質であるDrp1およびFis1、ミトコンドリア融合調節タンパク質であるMfn2およびOpa1の発現をshRNAにより安定的に抑制したノックダウン(KD)株を作出した。それぞれの株においてミトコンドリア形態を観察したところ、Drp1およびFis1 KD株では明らかにミトコンドリア形態が伸張し、逆にMfn2およびOpa1 KD株では短く断片化したミトコンドリア形態を示した。これらの細胞の放射線感受性をコロニー形成法により評価したところ、Drp1およびFis1 KD株では放射線感受性の低下が観察された一方で、Mfn2およびOpa1 KD株はコントロール細胞と同程度の放射線感受性を示した。この放射線感受性低下の原因を明らかにするため、細胞分裂異常に伴う細胞死である分裂期崩壊に着目し検討を行った。その結果、X線照射後に誘導される分裂期崩壊が、Drp1およびFis1のKDにより有意に減少した。したがって、放射線照射後に生じる分裂期崩壊が低下することが、これらの分子のKDによる放射線感受性の減少に寄与している可能性が示唆された。
本研究の結果、計画立案当初の仮説を支持する結果が得られた。このことは、ミトコンドリアダイナミクスを標的としたがん放射線治療の改善や新規併用療法の開発など、今後の新たながん治療戦略開発への足がかりとなることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII) mediates radiation-induced mitochondrial fission by regulating the phosphorylation of dynamin-related protein 1 (Drp1) at serine 616 (2018)
  • Author(s): Bo Tomoki、Yamamori Tohru、Suzuki Motofumi、Sakai Yuri、Yamamoto Kumiko、Inanami Osamu
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 495 Issue: 2 Pages: 1601-1607
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.012
  • NAID: 120006546749
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NADPH oxidase 4 mediates ROS production in radiation-induced senescent cells and promotes migration of inflammatory cells (2017)
  • Author(s): Sakai Yuri、Yamamori Tohru、Yoshikawa Yoji、Bo Tomoki、Suzuki Motofumi、Yamamoto Kumiko、Ago Tetsuro、Inanami Osamu
  • Journal Title: Free Radical Research Volume: 52 Issue: 1 Pages: 92-102
  • DOI: 10.1080/10715762.2017.1416112
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Intracellular diminazene aceturate content and adenosine incorporation in diminazene aceturate-resistant Babesia gibsoni isolate in vitro (2017)
  • Author(s): Yamasaki Masahiro、Watanabe Nao、Idaka Natsuki、Yamamori Tohru、Otsuguro Ken-ichi、Uchida Naohiro、Iguchi Aiko、Ohta Hiroshi、Takiguchi Mitsuyoshi
  • Journal Title: Experimental Parasitology Volume: 183 Pages: 92-98
  • DOI: 10.1016/j.exppara.2017.10.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MK-8776, a novel Chk1 inhibitor, exhibits an improved radiosensitizing effect compared to UCN-01 by exacerbating radiation-induced aberrant mitosis. (2017)
  • Author(s): Suzuki M, Yamamori T, Bo T, Sakai Y, Inanami O
  • Journal Title: Translational Oncology Volume: 10 Issue: 4 Pages: 491-500
  • DOI: 10.1016/j.tranon.2017.04.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] がん由来培養細胞のミトコンドリアに由来するESRスペクトルの解析 (2017)
  • Author(s): 山本 久美子、酒井 友里、房 知輝、平岡 和佳子、山盛 徹、稲波 修
  • Organizer: 第56回電子スピンサイエンス学会年会
  • Place of Presentation: 東京工業大学大岡山キャンパス（東京都目黒区）
  • Year and Date: 2017-11-02
• [Presentation] ミトコンドリアダイナミクスが細胞の放射線感受性に与える影響の解明 (2017)
  • Author(s): 房 知輝、山盛 徹、酒井 友里、山本 久美子、稲波 修
  • Organizer: 日本放射線影響学会第60回大会
  • Place of Presentation: 京葉銀行文化プラザ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2017-10-25
• [Presentation] ヒト子宮頸がん由来HeLa細胞の鉄-硫黄(Fe-S)クラスターの20K Xバンド電子スピン共鳴法による評価 (2017)
  • Author(s): 山本 久美子、酒井 友里、房 知輝、平岡 和佳子、山盛 徹、稲波 修
  • Organizer: 日本放射線影響学会第60回大会
  • Place of Presentation: 京葉銀行文化プラザ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2017-10-25
• [Presentation] 放射線によるストレス誘発性早期老化に伴う活性酸素種産生に対しNADPH oxidase 4 が与える影響の解析 (2017)
  • Author(s): 酒井 友里、山盛 徹、房 知輝、山本 久美子、吉川 容司、吾郷 哲朗、稲波 修
  • Organizer: 日本放射線影響学会第60回大会
  • Place of Presentation: 京葉銀行文化プラザ（千葉県千葉市）
  • Year and Date: 2017-10-25
• [Presentation] ミトコンドリア形態制御機構が細胞の放射線感受性に与える影響の解明 (2017)
  • Author(s): 房 知輝、山盛 徹、酒井 友里、山本 久美子、稲波 修
  • Organizer: 第160回日本獣医学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-09-13
• [Presentation] 放射線照射がミトコンドリア電子伝達系酸化還元関連分子に与える影響の電子スピン共鳴法を用いた評価 (2017)
  • Author(s): 山本 久美子、酒井 友里、房 知輝、平岡 和佳子、山盛 徹、稲波 修
  • Organizer: 第160回日本獣医学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島大学郡元キャンパス（鹿児島県鹿児島市）
  • Year and Date: 2017-09-13
• [Presentation] 放射線によるストレス誘発性早期老化に伴う活性酸素種産生へのNOX4の関与 (2017)
  • Author(s): 酒井 友里、山盛 徹、房 知輝、山本 久美子、吉川 容司、吾郷 哲朗、稲波 修
  • Organizer: 第70回日本酸化ストレス学会学術集会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Year and Date: 2017-06-28
• [Remarks] 北海道大学大学院獣医学研究院放射線学教室ホームページ
  • URL: https://www.vetmed.hokudai.ac.jp/organization/radbiol/