Elucidation of the therapeutic mechanisms of IMiDs

• Project/Area Number: 21H02955
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54010:Hematology and medical oncology-related
• Research Institution: Tokyo Medical University
• Principal Investigator: 伊藤 拓水 東京医科大学, 医学部, 客員准教授 (30533179)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥16,510,000 (Direct Cost: ¥12,700,000、Indirect Cost: ¥3,810,000); Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2022: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: サリドマイド / IMiDs / ユビキチン / 多発性骨髄腫 / 微小環境 / セレブロン / PROTACs / CRBN / ポマリドミド / ケミカルジェネティクス

Outline of Research at the Start

免疫調節薬(IMiDs)は新しいタイプの抗がん剤であり、多発性骨髄腫や一部の白血病などに極めて優れた改善効果を示す。これらの薬剤は研究代表者が以前に発見したユビキチンリガーゼであるセレブロン(cereblon)を標的とし、疾患原因タンパク質の分解誘導を促すことで作用することが判明している。しかしながら一定期間投与した患者は耐性を獲得することがあるなど未知のメカニズムが存在しており、薬効の制御がどのようになされているのかも含め、IMiDsの治療機構には未だに不明な点が多い。本研究では最新のケミカルジェネティクス等の手法を用いてIMiDsの治療機構の解明に挑む。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は前年度の研究報告書でも述べたように、IMiDsの微小環境における影響の解析を行った。微小環境におけるIMiDs依存的なCRBN基質A1とA2を明らかにし、こちらについて微小環境における作用を検証した。微小環境を形成する細胞においてA1およびA2をRNAiでノックダウンしたところ、A1はその細胞の増殖が抑制され、A2の方ではそのような効果は生じなかった。次にA1およびA2の下流因子の探索を実施した。そこでD1 が見つかった。このD1は微小環境において発現する因子であり、RNAiなどで抑制すると微小環境が変化することが判明した。またIMiDsによる処理でも同様の変化が起きることが判明した。また前年度まで解析していたX1をノックダウンしても微小環境に影響があることが分かった。この時点で、IMiDsの治療機構は、CRBNへの結合を介して多発性骨髄腫細胞を従来のメカニズムで直接的に抑制するだけでなく、微小環境へも影響を及ぼすことが関わっていることが分かった。つまりIMiDsの作用は複数種類の細胞に影響を及ぼして治療効果を示していたという結論となった。最後に、A1をノックダウンするとA2の量に変化が生じるために、A1とA2には遺伝学的に一定の関係があることが分かった。ただしA2のノックダウンではA1は特に変化しなかった。さらにD1が共通の下流因子であることから生化学的に複合体を形成するなどの可能性を考え結合実験を試みたが、再現性のある結果は本研究では得られなかった。その後は、研究代表者が所属機関を退職したためにここで研究は終了した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Bristol Myers Squibb(米国)
• [Journal Article] ZNF276 and WIZ are CRBN neosubstrates involved in the anti-angiogenic activity of thalidomide and immunomodulatory drugs (2023)
  • Author(s): Ito Takumi、Asatsuma-Okumura Tomoko、Endo Akinori、Yamamoto Junichi、Iwai Yoshiko、Yamaguchi Yuki、Naito Mikihiko、Handa Hiroshi、Saeki Yasushi
  • Journal Title: Research Square Volume: NA Pages: 1-21
  • DOI: 10.21203/rs.3.rs-3510134/v1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protein degraders - from thalidomide to new PROTACs (2023)
  • Author(s): Ito Takumi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: 175 Issue: 5 Pages: 507-519
  • DOI: 10.1093/jb/mvad113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of novel cereblon modulators and their target molecules (2022)
  • Author(s): 伊藤拓水
  • Journal Title: Rinsho Ketsueki Volume: 63 Issue: 6 Pages: 573-579
  • DOI: 10.11406/rinketsu.63.573
  • ISSN: 0485-1439, 1882-0824
• [Journal Article] Discovery of CRBN as a target of thalidomide: a breakthrough for progress in the development of protein degraders (2022)
  • Author(s): Junichi Yamamoto, Takumi Ito, Yuki Yamaguchi, Hiroshi Handa
  • Journal Title: Chem. Soc. Rev. Volume: 51 Issue: 15 Pages: 6234-6250
  • DOI: 10.1039/d2cs00116k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PLZF and its fusion proteins are pomalidomide-dependent CRBN neosubstrates (2021)
  • Author(s): Shimizu Nobuyuki、Asatsuma-Okumura Tomoko、Yamamoto Junichi、Yamaguchi Yuki、Handa Hiroshi、Ito Takumi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1277-1277
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02801-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] セレブロンモジュレーターの作 用機構の解析 (2022)
  • Author(s): 伊藤拓水
  • Organizer: ケミカルバイオロジー学会16回年会
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms of the therapeutic effects of thalidomide and its derivatives (2022)
  • Author(s): 伊藤拓水
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
  • Invited