Development of degron system for cancer therapy

• Project/Area Number: 20H03171
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 42040:Laboratory animal science-related
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Naruse Chie 京都大学, 医学研究科, 准教授 (30372486)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉原 一司 京都大学, 医学研究科, 技術職員 (10377418) ; 浅野 雅秀 京都大学, 医学研究科, 教授 (50251450)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2023: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2022: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2020: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: マウス / デグロン / プロテインノックダウン / PD-1

Outline of Research at the Start

免疫機能のブレーキの役割を持つPD-1を阻害することで，免疫細胞によるがん細胞の傷害活性を高めるがん免疫療法は，高い治療効果が認められるものの，自己免疫疾患を発症する例がある。また，再発した場合同じ治療を繰り返すのは負担が大きいといった問題がある。そこで，本研究は，標的タンパク質を狙った時期に破壊するデグロンシステムを用いて，がんおよび再発がんが簡便に治療できるシステムを開発することを目的とする。本研究により、簡便にがんの排除が可能となる治療法の提案ができれば，波及効果は非常に大きいと考えられる。

Outline of Final Research Achievements

We established a system that can degrade PD-1 in a time-specific manner in cultured cells and mice using SMASh degron system. PD-1-SMASh fusion protein in Jurkat cells and CD3+ splenocytes was reduced by 1 day after administration of Asunaprevir (ASV) or Grazoprevir (GRV) that are NS3/4A protease inhibitors. Growth of MC-38 adenocarcinoma cells inoculated in PD-1-mCherry-SMASh knockin (KI) mice with ASV was repressed compared to wild-type (WT) and untreated KI mice. Moreover, the WT mice transplanted with KI bone marrow cells after being irradiated with lethal radiation could reject MC-38 cells with GRV. KI mice appeared healthy and showed no signs of autoimmune disease. We suggest that use of the degron system in living organisms is expected to advance not only various biological studies but the treatment of diseases.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

動物個体での内在性タンパク質に対するプロテインノックダウンシステムは，タグが致死的であることや，発現量の制御等の困難により，未だに困難である。本研究は、必要な時だけ特定のタンパク質を分解して減らすことのできるデグロンシステムによって、マウス生体内の内在性タンパク質を機能阻害できることを示した最初の例の１つであり、様々な生物現象や病気の治療法の研究などに応用することが期待できる。

Research Products

• [Journal Article] A degron system targeting endogenous PD-1 inhibits the growth of tumor cells in mice. (2022)
  • Author(s): Naruse C, Sugihara K, Miyazaki T, Pan X, Sugiyama F, Asano M.
  • Journal Title: NAR Cancer Volume: 4 Issue: 2 Pages: 019-019
  • DOI: 10.1093/narcan/zcac019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The SMASh degron system targeting endogenous PD-1 inhibits the growth of MC-38 tumor cells in mice. (2023)
  • Author(s): Chie Naruse, Kazushi Sugihara, Xuchi Pan, Tatsuhiko Miyazaki, Fumihiro Sugiyama, Masahide Asano
  • Organizer: IMGC2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] サリドマイドアナログを使用したノックダウンのマウスにおける実用化 (2023)
  • Author(s): 成瀬 智恵，石橋 旺士郎 ，松崎 朋子 ，パン シュチ， 杉山 文博，浅野 雅秀
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] サリドマイドアナログを使用したノックダウンの マウスにおける実用化 (2023)
  • Author(s): 成瀬 智恵，石橋 旺士郎 ，松崎 朋子 ，パン シュチ， 杉山 文博，浅野 雅秀
  • Organizer: 第70回日本実験動物学会総会
• [Presentation] 内在性PD-1へのデグロンタグ組込みによるマウス生体におけるがん細胞増殖の抑制 (2022)
  • Author(s): 成瀬智恵，杉原一司，パンシュチ，宮崎龍彦，杉山文博，浅野雅秀
  • Organizer: 第69回実験動物学会総会
• [Presentation] The SMASh degron system targeting endogenous PD-1 inhibits the growth of MC-38 tumor cells in mice. (2022)
  • Author(s): 成瀬智恵，杉原一司，パンシュチ，宮崎龍彦，杉山文博，浅野雅秀
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] プロテインデグロンシステムによるがん免疫療法を用いたがん細胞増殖の抑制 (2021)
  • Author(s): 成瀬智恵，杉原一司，杉山文博，浅野雅秀
  • Organizer: 第68回日本実験動物学会
• [Presentation] プロテインデグロンシステムによるがん免疫療法を用いたがん細胞増殖の抑制 (2021)
  • Author(s): 成瀬智恵、杉原一司、杉山文博、浅野雅秀
  • Organizer: 第68回日本実験動物学会
• [Presentation] Suppression of cancer cell growth in mice with a degron system. (2020)
  • Author(s): Chie Naruse, Kazushi Sugihara, Fumihiro Sugiyama, Masahide Asano
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Remarks] 必要な時だけ標的タンパク質を壊すがん治療―薬剤投与によるマウス内在性PD-1の分解―
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-06-20-0