レドックス制御に基づいた急性骨髄性白血病の治療応用

• Project/Area Number: 21K08432
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 54010:Hematology and medical oncology-related
• Research Institution: Foundation for Biomedical Research and Innovation at Kobe
• Principal Investigator: 山嵜 博未 公益財団法人神戸医療産業都市推進機構, その他部局等, 研究員(上席・主任研究員クラス) (20720915)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: Bリンパ球 / 脂質過酸化 / セレノプロテイン / 急性骨髄性白血病 / 造血幹細胞 / 酸化ストレス / レドックス / MLL-AF9 / GPX4 / フェロトーシス / 骨髄異形成症候群

Outline of Research at the Start

骨髄異形成症候群(MDS)は、造血幹細胞に起因する悪性疾患であり血球減少や形態異常を特徴とする。MDSは高率に急性骨髄性白血病(AML)に形質転換するが、この過程で腫瘍細胞は細胞死を回避する機構を獲得し、急速なクローン拡大を示す。本研究では、鉄依存性の脂質過酸化に起因する細胞死である「フェロトーシス」が腫瘍抑制的に機能するという近年の報告に着眼した。フェロトーシス感受性がMDSとAMLの相反する性質を規定すると仮説を立て、疾患モデルマウスやセレノプロテイン合成酵素欠失マウスによるフェロトーシス誘導系を用いて、AMLにおける新規治療戦略を多角的に検証する。

Outline of Annual Research Achievements

前年度までにTrsp KOマウスがPro-B細胞以降の分化・成熟異常を示すこと、Trsp KOマウスへのフェロトーシス阻害剤ビタミンE欠乏食の投与は、活性酸素の蓄積を伴ったBリンパ球の分化障害を加速させたことを明らかにしたが、当該年度では、ビタミンE過剰食投与が同表現型を部分的に回避することを見出し、過酸化脂質蓄積を伴うフェロトーシスとBリンパ球分化障害の関連を明らかにした。さらに興味深いことに、Trsp KOマウスのB前駆細胞はBリンパ球分化の制御因子の発現低下および骨髄球分化関連遺伝子の発現上昇を示した。そこでB前駆細胞の移植実験により個体レベルでのB前駆細胞の分化能を検討したところ、Trsp KOマウス由来のB前駆細胞の一部がレシピエントマウスにおいて骨髄球系マーカー陽性細胞となっていたことから、Bリンパ球系から骨髄球系への分化スイッチの可能性が示唆された。
また、Trsp KOマウスは造血幹細胞の機能低下、B細胞および赤血球の減少といった老化の特徴を示すため、セレノプロテイン合成破綻と老化との関連に着目した。実際、高齢ヒト造血幹細胞においてセレノプロテイン合成系遺伝子の発現が低下すること、Trsp KOの造血幹前駆細胞では老化関連経路が有意に上昇していたことを見出し、Trsp KOマウスが老化モデルの一つとして有用である可能性が示された。
また白血病発症におけるセレノプロテインの役割を明らかにするためにROSA26CreERT2: Trspflox/flox造血幹細胞にMLL-AF9を発現させた連続移植可能な白血病モデルを樹立した。タモキシフェンを投与によりTrsp欠失を誘導するとAML発症が抑制され、有意な生存の延長を示したことからセレノプロテインが白血病の維持に寄与することが個体レベルで示された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

Bリンパ球の分化異常についてビタミンE過剰食投与によるレスキュー実験、B前駆細胞の移植実験、in vitro分化系等の複数の解析を用いて詳細に解析することができた。また老化の観点からもTrsp KOマウスの性質についてアプローチを行った。さらに、マウス白血病モデルを用いたTrsp欠失系を樹立し、白血病におけるセレノプロテインの重要性を示すことができ、順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

セレノプロテインとその合成系を標的としたsgRNAライブラリーを作成しCRISPRスクリーニングを行い、正常造血と腫瘍性造血における依存するセレノプロテインの違いを明らかにし、治療標的を特定するための解析を進めている。正常造血についてもこのライブラリーを用いてin vivo CRISPRスクリーニングを行い各分化段階における主として働くセレノプロテインを特定する方針で実験を進める。

Research Products

• [Journal Article] Multiomics and artificial intelligence enabled peripheral blood-based prediction of amnestic mild cognitive impairment. (2023)
  • Author(s): Tatara Y, Yamazaki H, Katsuoka F, Chiba M, Saigusa D, Kasai S, Nakamura T, Inoue J, Aoki Y, Shoji M, Motoike I, Tamada Y, Hashizume K, Shoji M, Kinoshita K, Murashita K, Nakaji S, Yamamoto M, Itoh K.
  • Journal Title: Current Research in Translational Medicine. Volume: 71 Issue: 1 Pages: 103367-103367
  • DOI: 10.1016/j.retram.2022.103367
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pathological substrate of memory impairment in multiple system atrophy (2022)
  • Author(s): Miki Yasuo、Tanji Kunikazu、Shinnai Kana、Tanaka Makoto T.、Altay Firat、et al.
  • Journal Title: Neuropathology and Applied Neurobiology Volume: 48 Issue: 7
  • DOI: 10.1111/nan.12844
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sulforaphane Increase Mitochondrial Biogenesis-Related Gene Expression in the Hippocampus and Suppresses Age-Related Cognitive Decline in Mice. (2022)
  • Author(s): Shimizu S, Kasai S, Yamazaki H, Tatara Y, Mimura J, Engler MJ, Tanji K, Nikaido Y, Inoue T, Suganuma H, Wakabayashi K, Itoh K.
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences. Volume: 23(6) Issue: 15 Pages: 8433-8433
  • DOI: 10.3390/ijms23158433
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aberrant <i>EVI1</i> splicing contributes to <i>EVI1</i>-rearranged leukemia (2022)
  • Author(s): Tanaka Atsushi、Kunimoto Hiroyoshi et al.
  • Journal Title: Blood Volume: 140 Issue: 8 Pages: 875-888
  • DOI: 10.1182/blood.2021015325
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dysregulated minor intron splicing in cancer. (2022)
  • Author(s): Nishimura K*, Yamazaki H*, Zang W, Inoue D.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 113 Issue: 9 Pages: 2934-2942
  • DOI: 10.1111/cas.15476
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Inducible Systemic Gcn1 Deletion in Mice Leads to Transient Body Weight Loss upon Tamoxifen Treatment Associated with Decrease of Fat and Liver Glycogen Storage (2022)
  • Author(s): Liu Jun、Kasai Shuya、Tatara Yota、Yamazaki Hiromi、Mimura Junsei、Mizuno Seiya、Sugiyama Fumihiro、Takahashi Satoru、Sato Tsubasa、Ozaki Taku、Tanji Kunikazu、Wakabayashi Koichi、Maeda Hayato、Mizukami Hiroki、Shinkai Yasuhiro、Kumagai Yoshito、Tomita Hirofumi、Itoh Ken
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Issue: 6 Pages: 3201-3201
  • DOI: 10.3390/ijms23063201
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Minor intron retention drives clonal hematopoietic disorders and diverse cancer predisposition (2021)
  • Author(s): Inoue D, Polaski JT, Taylor J, Castel P, Chen S, Kobayashi S, Hogg SJ, Hayashi Y, Fukumoto M, Yamazaki H, Tanaka A, Fukui C, Chew GL, McCormick F, Bradley RK, Abdel-Wahab O.
  • Journal Title: Nature Genetics Volume: 21 Issue: 5 Pages: 828-828
  • DOI: 10.1038/s41588-021-00828-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Targeting the ATF4-LAT1-MYC Loop: Disrupting A Crucial Pathway in AML Development. (2023)
  • Author(s): Hiromi Yamazaki, Hitomi Ito, Koutarou Nishimura, Yui Koike, Daichi Inoue.
  • Organizer: 第85回 日本血液学会学術集会
• [Presentation] ATF4-LAT1-MYCループ阻害によるAML発症の抑制機構. (2023)
  • Author(s): 山嵜博未、伊藤裕美、西村耕太郎、小池優依、井上大地.
  • Organizer: 第96回 日本生化学会大会
• [Presentation] Pathogenic mechanisms of amino acid metabolism in acute myeloid leukemia. (2023)
  • Author(s): Hiromi Yamazaki, Hitomi Ito, Koutarou Nishimura, Yui Koike, Daichi Inoue
  • Organizer: 第20回幹細胞シンポジウム
• [Presentation] アミノ酸代謝を標的とした造血器腫瘍の病態解明と治療応用 (2023)
  • Author(s): 山嵜博未、伊藤裕美、西村耕太郎、小池優依、井上大地
  • Organizer: 第76回酸化ストレス学会学術集会