IDO-1阻害と放射線照射がもたらす抗腫瘍効果のマルチレイヤー解析

Research Project

Project/Area Number	21H02778
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 50020:Tumor diagnostics and therapeutics-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	野澤宏彰東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (80529173)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	石原聡一郎東京大学, 医学部附属病院, 教授 (00376443) 佐々木和人東京大学, 医学部附属病院, 講師 (00781238) 園田洋史東京大学, 医学部附属病院, 助教 (80770205) 川合一茂東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (80571942)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000) Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000) Fiscal Year 2022: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000) Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Keywords	大腸癌 / インドールアミン酸素添加酵素 / 放射線照射 / 放射線治療 / 腫瘍免疫
Outline of Research at the Start	大腸癌に対する放射線の治療効果は宿主の免疫機能に依存する可能性が指摘されている。免疫機能を修飾して癌治療に応用する試みは過去にもなされているが、本研究では腫瘍細胞、免疫細胞ともに発現している可能性があるインドールアミン酸素添加酵素(IDO-1)に着目する。IDO-1阻害剤に放射線療法を併用することで抗腫瘍効果が強化されるとの仮説の下で、in vitro, in vivoでの実験を進める。IDO-1阻害剤の大腸癌に対する抗腫瘍効果、放射線照射による相乗効果のメカニズムについて、腫瘍細胞および免疫の観点からオミクス解析を含む種々のレイヤーで解析し、治療効果を反映するバイオマーカー探索を試みる。
Outline of Annual Research Achievements	Indoleamine 2,3 dioxygenase 1 (IDO1)は、Tryptophan(Trp)をKynurenine(Kyn)に代謝する酵素である。我々は腫瘍細胞内の代謝産物に着目し、IDO1阻害剤および放射線照射に伴う生化学的な腫瘍抑制メカニズムを明らかにすべく研究を進めている。今年度は、大腸癌細胞株およびマウスへ移植した同じ大腸癌細胞株由来の皮下腫瘍を用いてメタボローム解析を行った。それぞれcontrol群、IDO1阻害剤単独(1-MT)群、放射線6または4Gy照射(RT)群、1-MT+RT群の4治療群を作成した。皮下腫瘍サンプルでの解析では、Control群と比較し、RT群ではTrpの減少とADP-riboseの増加を認めた。一方、1-MT+RT群ではTrpとADP-riboseは変化しなかった。これらから、RT群ではDNA損傷を生じた結果ADP-riboseの需要が増加した一方で、ADP-ribose合成に用いられた結果Kynは枯渇し減少したという可能性を考えた。培養細胞のサンプルについては現在分析中である。上記で推察された腫瘍抑制のメカニズムの仮説を検証するためにDNA損傷定量化のアッセイ法の１つであるHPRT assayを行った。細胞数を1x10 6個とした場合にコロニーの形成を確認したがそれ以上の細胞数においてはコロニーが形成されず、別のアッセイが望ましいと考えられた。一方でヒト検体におけるIDO1の発現を評価するため直腸癌の少数例で免疫組織染色を行った。術前化学放射線療法（CRT；RT単独も含む）の施行例において、CRT前で染色増強が見られた。また、術前と手術検体の比較では、手術検体で染色の減弱が見られた。これらの結果から、IDO1の発現はCRT/RTによって増強される一方で、CRT後から手術までの間に経時的に減弱していく可能性が考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason Colon26を用いた皮下腫瘍、およびColon26のin vitro培養系で、それぞれ1-MT, 放射線照射の有無による影響をLC-MSベースに解析し、NAD+の枯渇が共処理によって生じる有意な変化であることが明らかとなった。今後の解析標的が現時点で明らかとなっている点で順調に研究が遂行できていると自己評価している。
Strategy for Future Research Activity	より数値のばらつきが小さい大腸癌細胞株でのメタボローム解析結果より抽出された知見とマウス皮下腫瘍での結果を共通のものを見出して、腫瘍細胞由来のメタボローム変化として主成分解析などを通じて検証していく方針である。 1-MT上乗せの抗腫瘍効果の機構としてのDNA損傷修復不良の仮説については、大腸癌細胞株に対する処理に基づき、control群、1-MT群、RT群、1-MT+RT群の4つに分けて、DNA損傷の指標として知られるγH2AXに対するWestern-blottingまたは免疫組織染色を行ってこれまでの知見を検証する予定である。ヒト直腸癌症例においては、CRT直後に最もIDO1の発現が増強する可能性についてサンプル数を増やし検証する。