ポリADP-リボシル化修飾による細胞膜受容体のエンドサイトーシス促進機構の解明

• Project/Area Number: 21K06539
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
• Research Institution: Doshisha Women's College of Liberal Arts
• Principal Investigator: 間下 雅士 同志社女子大学, 薬学部, 助教 (30738886)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: PARP1 / EGFR / エンドサイトーシス / ユビキチン化 / DNA傷害 / 受容体型チロシンキナーゼ / 上皮成長因子受容体 / がん / プログラム細胞死 / ポリADP-リボシル化 / PARP

Outline of Research at the Start

DNA傷害を負った細胞の受容体活性化に伴う増殖はがん細胞の発生リスクとなる。申請者は、DNA傷害の情報が細胞膜近辺に伝わり受容体をエンドサイトーシスすることを明らかにした。これは、DNA傷害を負った細胞が受容体シグナルを遮断し、がん細胞の発生を予防する一種の生体防御であると考える。この機構は、未だ報告されていない新規の経路であり、学術的に大きなインパクトになると考える。また、がん細胞にみられる変異受容体の無秩序な活性化も抑制することも明らかにしている。申請者は、この機構を応用し細胞膜受容体の遺伝子変異を起因とするがん細胞の増殖および転移を抑制し、新たながん治療の方策を提供することを目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

Poly(ADP-ribose)polymerase 1 (PARP1) は、DNA傷害によって活性化し、poly(ADP-ribose) (PAR) を産生する。PARは核から細胞質に移行し、標的タンパク質と結合することで活性や局在を変化させる。申請者は、DNA傷害時、PARP1の活性化によって上皮成長因子受容体 (EGER)をはじめとする細胞膜受容体がクラスリン依存的にエンドサイトーシスされることを明らかにしている。本課題は、その細胞内メカニズムを解明することを目的とする。
これまでの研究により、DNA傷害時、PARP1によるEGFRのエンドサイトーシス機構の分子メカニズムを解明することができた。PARP1によって産生されたPARが、ユビキチンリガーゼIdunaと結合し、IdunaがEGFRをユビキチン化することでエンドサイトーシスが起こる。したがって、ユビキチン化されることでエンドサイトーシスされる受容体のみが、この機構を利用して受容体のエンドサイトーシス、しいては、受容体シグナルの抑制に関与することが明らかとなった。加えて、がん細胞で見られるEGFR受容体の変異体もこの機構を利用し、シグナルを抑制できることを明らかにした。
Antibody-drug complex (抗体医薬複合体) は、抗体と抗がん剤が結合した複合体であり、がん特異的受容体に結合する抗体を使用することでがん細胞特異的に抗がん剤を取り込ませることができる。本機構を利用することで、EGFR受容体に対する抗体と結合したADCが細胞内へ取り込まれ、その結果、細胞毒性が増強することが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Poly(ADP-ribose) Polymerase 1 Mediates Rab5 Inactivation after DNA Damage (2022)
  • Author(s): Mashimo Masato、Morozumi Akane、Nobeyama Akari、Kanzaki Misato、Negi Shigeru、Kato Jiro、Moss Joel、Nomura Atsuo、Fujii Takeshi
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 14 Pages: 7827-7827
  • DOI: 10.3390/ijms23147827
• [Journal Article] PARP14 regulates EP4 receptor expression in human colon cancer HCA-7?cells (2022)
  • Author(s): Mashimo Masato、Shimizu Asuka、Mori Aimi、Hamaguchi Ayaka、Fukushima Keijo、Seira Naofumi、Fujii Takeshi、Fujino Hiromichi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 623 Pages: 133-139
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.07.055
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tankyrase Regulates Neurite Outgrowth through Poly(ADP-ribosyl)ation-Dependent Activation of β-Catenin Signaling (2022)
  • Author(s): Mashimo M, Kita M, Uno A, Nii M, Ishihara M, Honda T, Gotoh-Kinoshita Y, Nomura A, Nakamura H, Murayama T, Kizu R, Fujii T
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 23 Issue: 5 Pages: 2834-2834
  • DOI: 10.3390/ijms23052834
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PARP1 is activated by membrane damage and is involved in membrane repair through poly(ADP‐ribosyl)ation (2022)
  • Author(s): Mashimo Masato、Kita Momoko、Nobeyama Akari、Nomura Atsuo、Fujii Takeshi
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: - Issue: 4 Pages: 305-312
  • DOI: 10.1111/gtc.12926
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] PARP1依存的エンドサイトーシスを利用した受容体型チロシンキナーゼのシグナル抑制機構の解明 (2023)
  • Author(s): 平岡 小波、井上 安里紗、小林 愛花、三竿 顕也、野村 篤生、根木 滋、藤野 裕道、藤井 健志、間下 雅士
  • Organizer: 第143回 日本薬学会年会
• [Presentation] 第143回 日本薬学会年会 (2023)
  • Author(s): 野田 麻琴、渡邊 萌、野村 篤生、藤井 健志、間下 雅士
  • Organizer: ARH3遺伝子改変によるADP-リボシル化バイオプローブの作製
• [Presentation] PARP1依存的LRP1のエンドサイトーシス促進における Amyloid-β蓄積機構の解明 (2023)
  • Author(s): 米谷 英恵、高山 みのり、野村 篤生、藤井 健志、間下 雅士
  • Organizer: 第143回 日本薬学会年会
• [Presentation] PARP1 依存的 EGFR エンドサイトーシスによるがん細胞増殖シグナル抑制機構 の解明 (2022)
  • Author(s): 平岡 小波、小林 愛花、三竿 顕也、野村 篤生、根木 滋、藤野 裕道、藤井 健志、間下 雅士
  • Organizer: 第142回 日本薬理学会近畿支部会
• [Presentation] Poly (ADP-ribose) polymerase 1 による Rab5 解離機構の解明 (2022)
  • Author(s): 神﨑 未智、海野 汐里、渡邊 萌、根木 滋、野村 篤生、藤井 健志、間下 雅士
  • Organizer: 第72回 日本薬学会関西支部大会
• [Presentation] Poly (ADP-ribose) polymerase1活性化によるアミロイド-βの蓄積機構の解明 (2022)
  • Author(s): 高山 みのり、山野 光、野村 篤生、藤井 健志、間下 雅士
  • Organizer: 第72回 日本薬学会関西支部大会
• [Presentation] ユビキチンリガーゼIduna はPARP1 依存的 EGFR のエンドサイトーシスを促進する (2021)
  • Author(s): 平岡小波、藤野裕道、和田戈虹、和田 洋、野村篤生、藤井健志、間下雅士
  • Organizer: 第71 回日本薬学会関西支部総会・大会
• [Presentation] PARP1 によるエンドサイトーシスの抑制はプログラム細胞死parthanatos の新たな機序となる (2021)
  • Author(s): 両角茜音、根木 滋、和田戈虹、和田 洋、野村篤生、藤井健 志、間下雅士
  • Organizer: 第71 回日本薬学会関西支部総会・大会