ゴルジ体に潜みがんシグナルを発信する変異RTK ~潜伏機構の解明と新阻害法開発~

• Project/Area Number: 21K07163
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 50010:Tumor biology-related
• Research Institution: National Cancer Center Japan
• Principal Investigator: 小幡 裕希 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, ユニット長 (20609408)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 消化管間質細胞腫 (GIST) / KITチロシンキナーゼ / ゴルジ体 / PKD2 / マスト細胞白血病 (MCL) / 急性骨髄性白血病 (AML) / FLT3チロシンキナーゼ / 受容体型チロシンキナーゼ / がん / 分子標的薬 / オルガネラ / 細胞内トラフィック / 異常局在

Outline of Research at the Start

近年、申請者は、血液がんや消化管間質細胞腫において、受容体チロシンキナーゼ (RTK) であるKITの活性化変異体が、エンドソームやゴルジ領域に異常局在し、そこをシグナルの場とすることを発見した。現在、他の変異RTKもオルガネラに停留することを確認し、その原因マシナリーの同定を試みており、ゴルジ潜伏については、小胞輸送のキー分子群の重要性を予想させるデータを得ている。本課題では、RTKのゴルジ潜伏機構の解明とその理解に基づく新規治療戦術の開発を目的に、「① RTK-キー分子群の相互作用の解析」, 「② 分子機構 (エフェクター) の解明」, 「③ 停留解除を機序とした治療薬の開発」 を試みる。

Outline of Annual Research Achievements

複数種の化合物スクリーニングによって、消化管間質細胞腫 (gastrointestinal stromal tumor: GIST) のKIT変異体のゴルジ領域停留が、protein kinase Dに対するインヒビター (CRT0066101: CRT) で有意に解除されることを見出した。さらに、ノックダウンにより、哺乳細胞で確認されているPKD1-3のうち、PKD2のノックダウンのみが、CRT処理のフェノコピーとなることを明らかにした。即ち、GISTのKIT変異体のゴルジ停留は、PKD2の活性化が原因であることを見出した。ゴルジ領域において、KIT変異体は、PKD2およびエフェクター (PI4KIIIB等) を活性化し、自身を停留させていることを示唆するデータを得た。見出した分子群をインヒビターやノックダウンで機能阻害すると、KIT変異体はゴルジ領域からリリースされ、シグナル発信することができなくなることを示唆するデータを得た。さらに、ゴルジ領域からリリースされたKITは、細胞膜を経由して速やかにリソソーム内腔に移行し、分解されることを明らかにした。マスト細胞白血病 (mast cell leukemia: MCL) や急性骨髄性白血病 (acute myelogenous leukemia: AML) のKIT変異体は、ゴルジ体に停留せず、エンドソーム-リソソーム系に局在するが、それらの細胞では、PKD2とKITの機能的な相互作用および物理的結合は認められなかった。さらに、PKD2の阻害は、AMLのFLT3変異体のゴルジ停留には影響しないことが確認され、即ち、KITとPKD2の機能的相互作用は、GISTに特徴的であることが示唆される。今後、GISTのKITとPKD2の仲介分子の解析およびPKD2エフェクターの結合の詳細を明らかにし、それらがMCL, AMLではKITと相互作用しない理由についての解析に取り組みたい。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

GISTのKIT変異体のゴルジ停留の原因分子の候補としてPKD2を見出し、機能阻害実験および共免疫沈降実験を実施し、確証的なものとした。さらに、フェノコピー探索により、KITとPKD2の仲介分子, エフェクター分子群も見出しつつある。血液がんのレセプターキナーゼ変異体の局在およびシグナルにPKD2が関与しないことは意外だったが、GIST選択的な分子メカニズムの一つを明らかにできたのは意義深いものであると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

GISTのKIT変異体とPKD2の仲介分子の解析およびPKD2エフェクターの結合の詳細を明らかにする。また、分子標的薬耐性GISTにおける解析を進める。さらに、それらがMCL, AMLでは変異レセプターキナーゼと相互作用しない理由についての解析に取り組みたい。

Research Products

• [Journal Article] Combination of pimitespib (TAS-116) with sunitinib is an effective therapy for imatinib-resistant gastrointestinal stromal tumors. (2023)
  • Author(s): Teranishi R, Takahashi T, Obata Y, Nishida T, Okubo S, Kazuno H, Saito Y, Serada S, Fujimoto M, Kurokawa Y, Saito T, Yamamoto K, Yamashita K, Tanaka K, Makino T, Nakajima K, Hirota S, Naka T, Eguchi H & Doki Y
  • Journal Title: Int. J. Cancer Volume: 152 Issue: 12 Pages: 2580-2593
  • DOI: 10.1002/ijc.34461
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Golgi retention and oncogenic KIT signaling via PLCγ2-PKD2-PI4KIIIβ activation in GIST cells. (2022)
  • Author(s): Obata Y, Kurokawa K, Tojima T, Natsume M, Shiina I, Takahashi T, Abe R, Nakano A & Nishida T
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2022.12.19.520889
  • Open Access
• [Journal Article] Stemness and immune evasion conferred by TDO2-AHR pathway are associated with liver metastasis of colon cancer. (2022)
  • Author(s): Miyazaki T, Chung S, Sakai H, Ohata H, Obata Y, Shiokawa D, Mizoguchi Y, Kubo T, Ichikawa H, Taniguchi H, Aoki K, Soga T, Nakagama H, *Okamoto K.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 113 Issue: 1 Pages: 170-181
  • DOI: 10.1111/cas.15182
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] FLT3-ITD transduces autonomous growth signals during its biosynthetic trafficking in acute myelogenous leukemia cells (2021)
  • Author(s): Yamawaki K, Shiina I, Murata T, Tateyama S, Maekawa Y, Niwa M, Shimonaka M, Okamoto K, Suzuki T, Nishida T, Abe R, Obata Y.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 11 Issue: 1 Pages: 22678-22678
  • DOI: 10.1038/s41598-021-02221-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 消化管間質細胞腫における変異KITチロシンキナーゼのシグナルの場 [ゴルジ領域] への異常局在, その原因マシナリーの同定 (2022)
  • Author(s): 小幡裕希, 黒川量雄, 戸島拓郎, 夏目美祐希, 椎名 勇, 高橋 剛, 安部 良, 中野明彦, 西田俊朗
  • Organizer: 第45回 分子生物学会年会
• [Presentation] 消化管間質細胞腫および肺腺がんにおける変異チロシンキナーゼの細胞増殖シグナルに対するBFA-like細胞内輸送ブロッカーM-COPAの阻害効果および作用機序研究 (2022)
  • Author(s): 夏目美祐希, 丹羽真琳子, 下仲基之, 村田貴嗣, 安部 良, 西田俊朗, 椎名 勇, 小幡裕希
  • Organizer: 第45回 分子生物学会年会
• [Presentation] GISTに対する新規HSP90阻害薬TAS-116とマルチチロシンキナーゼの併用効果に関する検討 (2022)
  • Author(s): 高橋 剛, 寺西立冴, 小幡裕希, 大久保秀一, 数野裕美, 西田俊朗, 斎藤百合奈, 山下公太郎, 西塔拓郎, 田中晃司, 山本和義, 牧野知紀, 黒川幸典, 中島清一, 江口英利, 土岐祐一郎
  • Organizer: 第31回 日本がん転移学会学術集会