Analysis of lysosomal metabolism in pancreatic cancer

• Project/Area Number: 20K17665
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 55020:Digestive surgery-related
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: Shirai Yoshihiro 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助教 (10785364)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2021: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000); Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 膵臓癌 / オートファジー / Lysosome酵素 / マイトファジー / 酸性αグルコシダーゼ / 酸性セラミダーゼ / グルコセレブロシダーゼ / 遺伝子治療 / 膵切除 / ライソゾーム / ミトコンドリア / スフィンゴリン脂質 / ライソゾーム酵素 / 抗癌剤耐性

Outline of Research at the Start

抗癌剤耐性にはオートファジー機構が関与していることが報告されているが、分解の実態であるライソゾーム酵素との関係は未解明である。患者検体を用いて抗癌剤投与前後でのライソゾーム酵素および代謝産物の動きを測定し、抗癌剤耐性に関わる酵素群を特定する。特定した酵素を標的として、膵癌初代細胞をに対してウイルスベクターを用いて発現阻害し、抗癌剤耐性の改善を目指す。

Outline of Final Research Achievements

We comprehensively analyzed lysosome enzymes that are metabolically activated using pancreatic cancer cells. We identified acid α-glucosidase (GAA) involved in glucose metabolism, glucocerebrosidase (GBA) involved in sphingolipid metabolism, and acid ceramidase (AC) as target enzymes for treatment. We developed gene therapy methods targeting each enzyme and verified their anti-tumor effects at the cell level and animal experiment level. Antiproliferative effect was confirmed by inhibiting each enzyme. A viral vector was used to suppress tumor growth in a mouse subcutaneous tumor model. In addition, we observed an increase in the linear loss rate in tumor-bearing mice.
Apoptosis induction and autophagy inhibition of pancreatic cancer cells were confirmed by inhibiting GBA using siRNA method.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

切除不能膵臓癌には塩酸ゲムシタビンを中心とした化学療法が適応されている。生存期間中央値は7-9カ月と予後不良であり、抗癌剤耐性を示す症例に対する新たな治療法の開発が必要である。我々は癌の悪性化や代謝に関与するオートファジー機構の実態であるライソゾーム酵素に着目し、細胞内の要求が上昇する酵素群を特定し、特定されたGAA、AC、GBAを阻害することで癌細胞の増殖抑制効果が得られることを確認した。癌細胞内の代謝機構を培養細胞および動物実験モデルで明らかにした。当該研究の結果は将来的に抗癌剤耐性を改善させ、膵臓癌治療の奏功率を大きく改善させる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] Inhibition of lysosomal acid β-glucosidase induces cell apoptosis via impairing mitochondrial clearance in pancreatic cancer. (2022)
  • Author(s): Yanagaki M, Shirai Y, Shimada Y, Hamura R, Taniai T, Horiuchi T, Takada N, Haruki K, Furukawa K, Uwagawa T, Kobayashi H, Ikegami T.
  • Journal Title: Carcinogenesis. Volume: 43 Issue: 9 Pages: 826-837
  • DOI: 10.1093/carcin/bgac060
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel combined fibrosis-based index predicts the long-term outcomes of hepatocellular carcinoma after hepatic resection (2022)
  • Author(s): Yanagaki Mitsuru、Shirai Yoshihiro、Hamura Ryoga、Taniai Tomohiko、Tanji Yoshiaki、Haruki Koichiro、Furukawa Kenei、Onda Shinji、Shiba Hiroaki、Ikegami Toru
  • Journal Title: International Journal of Clinical Oncology Volume: 27 Issue: 4 Pages: 717-728
  • DOI: 10.1007/s10147-021-02111-7
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The clinical management of peripancreatic fluid collection after distal pancreatectomy (2022)
  • Author(s): Tsunematsu Masashi、Shirai Yoshihiro、Hamura Ryoga、Taniai Tomohiko、Yanagaki Mitsuru、Haruki Koichiro、Furukawa Kenei、Onda Shinji、Toyama Yoichi、Gocho Takeshi、Ikegami Toru
  • Journal Title: Surgery Today Volume: epub Issue: 11 Pages: 1524-1531
  • DOI: 10.1007/s00595-022-02483-x
• [Journal Article] Suppression of lysosomal acid alpha‐glucosidase impacts the modulation of transcription factor EB translocation in pancreatic cancer (2021)
  • Author(s): Hamura Ryoga、Shirai Yoshihiro、Shimada Yohta、Saito Nobuhiro、Taniai Tomohiko、Horiuchi Takashi、Takada Naoki、Kanegae Yumi、Ikegami Toru、Ohashi Toya、Yanaga Katsuhiko
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 112 Issue: 6 Pages: 2335-2348
  • DOI: 10.1111/cas.14921
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Thrombomodulin expression impacts the recurrence and long‐term survival in pancreatic cancer (2021)
  • Author(s): Sugano Hiroshi、Shirai Yoshihiro、Sato Shun、Hamatani Shigeharu、Hamura Ryoga、Taniai Tomohiko、Horiuchi Takashi、Gocho Takeshi、Eto Ken、Ikegami Toru
  • Journal Title: Annals of Gastroenterological Surgery Volume: 5 Issue: 4 Pages: 567-574
  • DOI: 10.1002/ags3.12447
• [Journal Article] Inhibition of acid ceramidase elicits mitochondrial dysfunction and oxidative stress in pancreatic cancer cells (2021)
  • Author(s): Taniai Tomohiko、Shirai Yoshihiro、Shimada Yohta、Hamura Ryoga、Yanagaki Mitsuru、Takada Naoki、Horiuchi Takashi、Haruki Koichiro、Furukawa Kenei、Uwagawa Tadashi、Tsuboi Kazuhito、Okamoto Yasuo、Shimada Shu、Tanaka Shinji、Ohashi Toya、Ikegami Toru
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 112 Issue: 11 Pages: 4570-4579
  • DOI: 10.1111/cas.15123
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nafamostat mesilate, a nuclear factor kappa B inhibitor, enhances the antitumor action of radiotherapy on gallbladder cancer cells (2021)
  • Author(s): Takada Naoki、Sugano Hiroshi、Shirai Yoshihiro、Saito Nobuhiro、Hamura Ryoga、Taniai Tomohiko、Uwagawa Tadashi、Yanaga Katsuhiko、Ikegami Toru、Ohashi Toya、Eto Ken
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 16 Issue: 9 Pages: e0257019-e0257019
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0257019
• [Presentation] NF-kB inhibitors induce FSCN1 expression through miR-145a-5p in pancreatic cancer metastasis (2022)
  • Author(s): Yanagaki M, Shirai Y, Saito N, Hamura R, Taniai T, Horiuchi T, Takada N, Tsunematsu M, Gocho T, Ikegami T
  • Organizer: 第34回日本肝胆膵外科学会総会
• [Presentation] Minimally invasive laparoscopic extensive central and distal pancreatectomy (2022)
  • Author(s): Shirai Y, Gocho T, Sakamoto T, Tsunematsu M, Okui N, Hamura R, Tanji Y, Yanagaki M, Horiuchi T, Shiozaki H, Onda S, Ikegami T
  • Organizer: Joint Congress of the 26th Meeting of International Association of Pancreatology and the 53rd Annual Meeting of Japan Pancreas Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 癌代謝メカニズムに着目し、抗癌剤耐性を改善する (2022)
  • Author(s): 白井祥睦，後町武志，羽村凌雅，柳垣 充，谷合智彦, 丹治芳明, 恒松 雅, 奥井紀光, 塩崎弘憲, 坂本太郎, 恩田真二, 池上 徹
  • Organizer: 第54回制癌剤適応研究会
• [Presentation] 膵頭部癌における膵頭十二指腸切除術後最大血小板/リンパ球比が示すがん再発と長期予後 (2022)
  • Author(s): 白井祥睦, 後町武志, 羽村凌雅, 恒松 雅, 堀内 尭, 奥井紀光, 鈴木文武, 塩崎弘憲, 坂本太郎, 春木孝一郎, 古川賢英, 恩田真二, 大木隆生, 池上 徹
  • Organizer: 第122 回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] Methods of laparoscopic extensive distal and central pancreatectomy (2022)
  • Author(s): 白井祥睦, 後町武志, 恩田真二, 堀内 尭, 奥井紀光, 坂本太郎, 羽村凌雅, 柳垣 充, 恒松 雅,丹治芳明, 谷合智彦, 春木孝一郎, 古川賢英, 池上徹
  • Organizer: 第34回日本肝胆膵外科学会学術集会
• [Presentation] Maximum platelet to lymphocyte ratio predicts outcome of pancreaticoduodenectomy in patients with pancreatic head cancer (2022)
  • Author(s): 白井祥睦, 後町武志, 羽村凌雅, 柳垣 充, 坂本太郎, 春木孝一郎, 古川賢英, 恩田真二, 柴 浩明, 池上 徹
  • Organizer: 第77回日本消化器外科学会学術集会
• [Presentation] 上腸間膜静脈閉塞および胃・十二指腸との交通を伴った膵巨大粘液癌に対して施行した膵全摘出術 (2022)
  • Author(s): 白井祥睦, 恩田真二, 羽村凌雅, 堀内 尭, 恒松 雅, 奥井紀光, 坂本太郎, 後町武志, 丹治芳明,塩崎弘憲, 池上 徹
  • Organizer: 第49回日本膵切研究会
• [Presentation] 膵臓癌におけるトロンボモジュリンの働き. (2022)
  • Author(s): 白井祥睦, 後町武志, 羽村凌雅, 恒松 雅, 柳垣 充, 谷合智彦, 坂本太郎, 堀内 尭, 奥井紀光, 塩崎弘憲, 春木孝一郎, 古川賢英, 恩田真二, 柴 浩明, 池上 徹
  • Organizer: 第20回日本消化器外科学会大会
• [Presentation] 腹腔鏡下脾温存膵体尾部切除術における血行動態に着目した手技の工夫 (2022)
  • Author(s): 白井祥睦, 恩田真二, 羽村凌雅, 堀内 尭, 恒松 雅, 奥井紀光, 坂本太郎, 後町武志, 柳垣充, 丹治芳明, 塩崎弘憲, 安田淳吾, 春木孝一郎, 古川賢英, 池上 徹
  • Organizer: 第35回日本内視鏡外科学会総会
• [Presentation] NF-kB阻害剤による膵癌肝転移抑制におけるmiRNA解析 (2022)
  • Author(s): 柳垣 充，白井祥睦，斉藤庸博，羽村凌雅，谷合智彦，丹治芳明，春木 孝一郎，古川賢英，恩田真二，後町武志，池上 徹
  • Organizer: 第31回日本癌病態治療研究会
• [Presentation] NF-kB inhibitors suppress pancreatic cancer metastasis by downregulating FSCN1 expression through miR-145a-5p (2022)
  • Author(s): Yanagaki M, Shirai Y, Saito N，Hamura R，Taniai T, Tanji Y，Tsunematsu M，Sakamoto T，Ikegami T
  • Organizer: 第53回日本膵臓学会大会・第26回国際膵臓学会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 膵癌における酸性βグルコシダーゼ阻害はマイトファジー不全とアポトーシスを誘導する (2022)
  • Author(s): 柳垣 充，白井祥睦, 嶋田洋太, 羽村凌雅，谷合智彦, 堀内 尭，春木孝一郎，古川賢英, 小林博司, 池上 徹
  • Organizer: 第60回日本癌治療学会
• [Presentation] 膵癌における酸性βグルコシダーゼ(GBA)阻害はマイトファジー障害とエネルギー代謝不全を誘導する (2022)
  • Author(s): 柳垣 充，白井祥睦，羽村凌雅，谷合智彦，堀内 尭，春木 孝一郎，古川賢英，奥井紀光，坂本太郎，後町武志，池上 徹
  • Organizer: 第33回日本消化器癌発生学会
• [Presentation] Inhibition of sphingolipid metabolism induces mitophagy and lysosomal dysfunction in pancreatic cancer (2021)
  • Author(s): Mitsuru Yanagaki, Yoshihiro Shirai, Ryoga Hamura, Tomohiko Taniai, Yohta Shimada, Takashi Horiuchi, Naoki Takada, Nobuhiro Saito, Toya Ohashi, Toru Ikegami
  • Organizer: The 33rd Meeting of Japanese Society of Hepato-Biliary-Pancreatic Surgery.
• [Presentation] 膵臓癌に対するセラミド代謝制御による抗腫瘍効果の分子生物学的機序の解明 (2021)
  • Author(s): 谷合智彦，白井祥睦，嶋田洋太， 羽村凌雅，柳垣 充，古川賢英，春木孝一郎，河合裕成，恩田真二，坂本太郎，後町武志，宇和川匡，島田周，田中真二，池上徹
  • Organizer: 第32回日本消化器癌発生学会総会
• [Presentation] Gene therapy targeting lysosomal enzymes in pancreatic cancer. (2021)
  • Author(s): Shirai Y, Yanagaki M, Hamura R, Taniai T, Ikegami T.
  • Organizer: IASGO-CME Advanced Post-Graduate Course in Ngaasaki 2021.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lysosome酵素に着目した革新的療法の開発～癌代謝メカニズムへの新たなアプローチ～ (2021)
  • Author(s): 白井祥睦, 池上 徹, 羽村凌雅, 谷合智彦, 柳垣 充, 堀内 尭, 嶋田洋太, 鐘ヶ江裕美, 坪井一人, 岡本安雄, 後町武志, 大橋十也, 大木隆生
  • Organizer: 第121回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] 膵臓癌に対するLysosome酵素制御によるTFEB抑制を介した抗腫瘍効果誘導の試み (2021)
  • Author(s): 羽村凌雅、白井祥睦、谷合智彦、柳垣充、斉藤庸博、堀内尭、高田直樹、嶋田洋太、鐘ヶ江裕美、大橋十也、矢永勝彦
  • Organizer: 第51回日本膵臓学会大会
• [Presentation] スフィンゴリン脂質代謝に着目した膵臓がんに対する抗腫瘍効果の検討 (2020)
  • Author(s): 谷合智彦、池上徹、矢永勝彦、白井祥睦、柳垣充、羽村凌雅、高田直樹、堀内尭、嶋田洋太、後町武志、柴浩明、大橋十也、大木隆生
  • Organizer: 第120回日本外科学会定期学術集会
• [Presentation] Inhibition of sphingolipid metabolism has ceramide-induced anti-tumor effect on pancreatic cacner cells (2020)
  • Author(s): Tomohiko Taniai, Yoshihiro Shirai, Yohta Shimada, Ryoga Hamura, Mitsuru Yanagaki, Naoki Takada, Kazuhito Tsuboi, Yasuo Okamoto, Toya Ohashi, Katsuhiko Yanaga, Toru Ikegami
  • Organizer: American Collage of Surgeons (ACS) clinical congress 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional analysis of sphingolipid metabolism-related cell apoptosis in pancreatic cancer cells (2020)
  • Author(s): Mitsuru Yanagaki, Yoshihiro Shriai, Ryoga Hamura, Tomohiko Taniai, Yohta Shimada, Takashi Horiuchi, Naoki Takada, Nobuhiro Saito, Toya Ohashi, Toru Ikegami
  • Organizer: 第79回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Functional analysis of sphingolipid metabolism-related cell apoptosis in pancreatic cancer cells (2020)
  • Author(s): Mitsuru Yanagaki, Yoshihiro Shriai, Ryoga Hamura, Tomohiko Taniai, Yohta Shimada, Takashi Horiuchi, Naoki Takada, Nobuhiro Saito, Toya Ohashi, Toru Ikegami
  • Organizer: American Collage of Surgeons (ACS) clinical congress 2020
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ライソゾーム酵素による膵臓癌におけるオートファジー調整機構の解明 (2020)
  • Author(s): 羽村凌雅、白井祥睦、谷合智彦、柳垣充、高田直樹、堀内尭、嶋田洋太、鐘ヶ江裕美、大橋十也、池上徹
  • Organizer: 第31回消化器癌発生学会