低酸素/低栄養のmTOR・AMPKを介したDNA修復制御による放射線抵抗性の解明

• Project/Area Number: 17K16416
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Radiation science
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 村田 泰彦 東北大学, 医学系研究科, 助教 (40716172)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: DNA-PKcs / 低栄養状態 / 低酸素状態 / DNA2重鎖切断修復 / 放射線感受性 / GOLPH3 / ゴルジ体 / Akt / ATM / AMPK / mTOR / 放射線抵抗性 / 低栄養 / 低酸素

Outline of Annual Research Achievements

臨床的には放射線抵抗性である低酸素細胞は必ず低栄養状態にある。低酸素による放射線抵抗性の機序は未だに曖昧であり、低栄養状態が放射線感受性に影響を与える可能性が考えられる。研究代表者はこれまで低酸素および低栄養状態の放射線抵抗性にDNA2重鎖切断修復酵素ATM が関与する可能性を明らかにしてきた。今回、ATMと同じPI3K-related protein kinasesに属するDNA-PKcsに着目した。DNA-PKcsは低酸素状態において活性化し、放射線感受性に関与することが示唆されている。しかし低栄養状態が及ぼすDNA-PKcsへの影響は不明である。研究代表者は複数の癌細胞株を用い、低栄養処理をしたところ、全ての細胞株においてDNA-PKcsおよび細胞質での既知の機能として報告のあるゴルジ体膜タンパク質GOLPH3の活性化が認められた。この結果はDNA-PKcs欠損細胞では認められなかった。次に低栄養処理された神経膠芽腫細胞の細胞質および核分画サンプルを解析した。両分画において低栄養処理後、DNA-PKcsは活性化されたが、DNA損傷マーカーH2AXの活性化は認められなかった。次にAkt阻害剤およびAkt siRNAを用い、低栄養処理によるDNA-PKcsおよびGOLPH3の活性化への影響を検討した。結果、DNA-PKcsおよびGOLPH3の活性化の抑制がそれぞれ確認された。低栄養状態におけるGOLPH3の活性化に伴うゴルジ体の断片化もAkt阻害剤によって抑制された。これらの結果は、低栄養状態においてAktを介してDNA2重鎖切断と独立に生じたDNA-PKcs活性化がGOLPH3を活性化し、ゴルジ体の形態まで制御することを初めて明らかにした重要な発見である。今後、この機序の更なる解明によって低栄養状態における放射線抵抗性の原因の新たな理解に繋がる未来が期待される。

Research Products

• [Journal Article] Knockdown of AMPKα decreases ATM expression and increases radiosensitivity under hypoxia and nutrient starvation in an SV40-transformed human fibroblast cell line, LM217. (2018)
  • Author(s): Murata Y, Hashimoto T, Urushihara Y, Shiga S, Takeda K, Jingu K, Hosoi Y.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 495 Issue: 4 Pages: 2566-2572
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.141
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Severe hypoxia increases expression of ATM and DNA-PKcs and it increases their activities through Src and AMPK signaling pathways (2018)
  • Author(s): Hashimoto Takuma、Murata Yasuhiko、Urushihara Yusuke、Shiga Soichiro、Takeda Kazuya、Hosoi Yoshio
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 505 Issue: 1 Pages: 13-19
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.09.068
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 低栄養状態はDNA-PKcsを活性化し、ゴルジ体膜タンパク質GOLPH3を制御する (2018)
  • Author(s): 村田泰彦、橋本拓磨、漆原佑介、志賀壮一郎、細井義夫
  • Organizer: 第56回生物部会学術大会第47回放射線による制癌シンポジウム
• [Presentation] 低栄養状態で活性化されたDNA-PKcsは、MST1を制御する (2018)
  • Author(s): 志賀壮一郎、村田泰彦、橋本拓磨、漆原佑介、細井義夫
  • Organizer: 第139回日本医学放射線学会第84回日本核医学会北日本地方会
• [Presentation] 低栄養状態において活性化されたDNA-PKcsによるゴルジ体膜タンパク質GOLPH3の制御 (2018)
  • Author(s): 村田泰彦、橋本拓磨、漆原佑介、志賀壮一郎、細井義夫
  • Organizer: 日本放射線影響学会第61回大会
• [Presentation] 低酸素および低栄養状態のヒト線維芽細胞におけるAMPKによる放射線抵抗性の増加 (2017)
  • Author(s): 村田泰彦、橋本拓磨、志賀壮一郎、武田一也、細井義夫
  • Organizer: 第55回生物部会学術大会第46回放射線による制癌シンポジウム
• [Presentation] 低酸素および低栄養状態のヒト線維芽細胞におけるAMPKの活性化は放射線抵抗性を増加させる (2017)
  • Author(s): 村田泰彦、橋本拓磨、志賀壮一郎、武田一也、細井義夫
  • Organizer: 日本放射線影響学会第60回大会