口腔細菌による代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序の解明

• Project/Area Number: 21K10118
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57060:Surgical dentistry-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 廣末 晃之 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 特定研究員 (00638182)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); 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: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 口腔癌 / 口腔細菌叢 / 短鎖脂肪酸 / 酪酸 / エピゲノム / 代謝 / 治療抵抗性 / マイクロバイオーム

Outline of Research at the Start

口腔癌患者の口腔マイクロバイオーム（口腔細菌叢）を解析し、口腔癌の病態や治療抵抗性に関連する口腔マイクロバイオームを解明する。さらに細菌が産生する短鎖脂肪酸（酪酸、酢酸、プロピオン酸）に着目し、短鎖脂肪酸が口腔癌細胞における影響を代謝とエピゲノム観点から捉え、口腔癌の治療抵抗性に関連するメカニズムの解明を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

令和4年度は口腔癌の治療抵抗性に関与する代謝とエピゲノム変化を解明するための解析を進めた。酪酸による遺伝子発現変化およびエピゲノム変化については酪酸にて口腔癌細胞株を刺激し、RNA-seq法にて網羅的な遺伝子発現解析を行った。酪酸刺激下で変化した遺伝子の探索にはGO解析やパスウェイ解析を行い、酪酸刺激によって細胞周期関連の遺伝子に変化が生じていることが分かった。
また、エピゲノム変化はヒストンH3の9番目および27番目リジンのアセチル化（H3K9Ac、H3K27Ac）に着目し、酪酸刺激下でのタンパク質の発現変化をウェスタンブロッド法にて解析した。その結果、酪酸刺激により、H3K9Ac、H3K27Acともタンパク質の発現が亢進することが分かった。さらにChIP-seq法にて酪酸刺激によってゲノムワイドでのH3K9Ac、H3K27Acの変化を解析した。RNA-seqによる遺伝子発現変化の結果とChIP-seq法によるH3K9Ac、H3K27Acの集積変化の結果を統合し、連動して変化している遺伝子を抽出した。それらの結果からも、細胞周期に関連する遺伝子が抽出された。
そこで、次に酪酸刺激による細胞周期の解析を実施した。その結果、酪酸刺激により細胞周期はG1期での停止が見られた。酪酸刺激によって細胞周期に関連する遺伝子の発現変化と実際に細胞周期へ影響を及ぼすことが今年度までの解析で分かった。
現在、酪酸刺激によるエネルギー代謝への影響について解析を実施しており、代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序を解明するためにさらなる解析を進めていきたいと考えている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は口腔癌の治療抵抗性に関与する代謝とエピゲノム変化を解明するための解析を予定していたため、酪酸による遺伝子発現変化およびエピゲノム変化について解析を行った。遺伝子発現変化に関しては、酪酸にて口腔癌細胞株を刺激し、RNA-seq法にて網羅的な遺伝子発現解析を行った。また、エピゲノム変化はヒストンH3の9番目および27番目リジンのアセチル化（H3K9Ac、H3K27Ac）に着目し、酪酸刺激下でのタンパク質の発現変化をウェスタンブロッド法にて、さらにChIP-seq法にてゲノムワイドでのH3K9Ac、H3K27Acの変化を解析した。遺伝子発現変化やエピゲノム解析については予定していた解析を進めることができ、おおむね研究計画に応じた実験が遂行できたと思われる。
現在、酪酸刺激によるエネルギー代謝への影響について解析を進めているところであり、今後更なる解析を進め、口腔細菌による代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序の解明していきたいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は口腔癌の治療抵抗性に関与する代謝とエピゲノム変化に関しての解析を中心に行っていく予定である。酪酸による代謝システムの制御を明らかにするため、酪酸刺激下での解糖系や呼吸鎖などのエネルギー代謝の変化を細胞外フラックスアナライ ザーを用いて解析する。酪酸刺激下で解糖系の代謝物である乳酸の測定およびβ酸化の代謝物質であるアセチルCoAを測定し、エピゲノム変化との関連性を見出す。また、酪酸刺激下でメタボローム解析を行い、ダイナミックな代謝リプログラミングの変化を捉える。また、今年度の解析結果で抽出された遺伝子領域のエピゲノム変化に関してもChIP-qPCRを行い、さらに詳細な解析を進めていく予定である。上記の解析を進め、口腔細菌による代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序の解明していきたいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] FOXM1-Mediated Regulation of Reactive Oxygen Species and Radioresistance in Oral Squamous Cell Carcinoma Cells (2023)
  • Author(s): Takeshita Hisashi、Yoshida Ryoji、Inoue Junki、Ishikawa Kohei、Shinohara K、Hirayama M、Oyama T、Kubo R、Yamana K、Nagao Y、Gohara S、Sakata J、Nakashima H、Matsuoka Y、Nakamoto M、Hirayama M、Kawahara K、Takahashi N、Hirosue A、Kuwahara Y、Fukumoto M、Toya R、Murakami R、Nakayama H
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 103 Issue: 5 Pages: 100060-100060
  • DOI: 10.1016/j.labinv.2022.100060
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An oncolytic virus as a promising candidate for the treatment of radioresistant oral squamous cell carcinoma. (2022)
  • Author(s): Gohara S, Shinohara K, Yoshida R, Kariya R, Tazawa H, Hashimoto M, Inoue J, Kubo R, Nakashima H, Arita H, Kawaguchi S, Yamana K, Nagao Y, Iwamoto A, Sakata J, Matsuoka Y, Takeshita H, Hirayama M, Kawahara K, Nagata M, Hirosue A, Kuwahara Y, Fukumoto M, Okada S, Urata Y, Fujiwara T, and Nakayama H.
  • Journal Title: Molecular Therapy Oncolytics Volume: 27 Pages: 141-156
  • DOI: 10.1016/j.omto.2022.10.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional volumetric analysis of the efficiency of marsupialization in patients with mandibular dentigerous cysts involving impacted third molars (2022)
  • Author(s): Masatoshi Hirayama,Kazushige Inoue,Hidetaka Arita,Nozomu Takahashi,Hikaru Nakashima,Junki Sakata,Manabu Maeshiro,Yuka Nagao,Shunsuke Gohara,Keisuke Yamana,Yuichiro Matsuoka,Akira Yuno,Masafumi Nakamoto,Kenta Kawahara,Masashi Nagata,Akiyuki Hirosue,Daiki Fukuma,Ryoji Yoshida,Hideki Nakayama
  • Journal Title: JOURNAL OF ORAL AND MAXILLOFACIAL SURGERY MEDICINE AND PATHOLOGY Volume: 34 Issue: 6 Pages: 690-697
  • DOI: 10.1016/j.ajoms.2022.03.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The antioxidative stress regulator Nrf2 potentiates radioresistance of oral squamous cell carcinoma accompanied with metabolic modulation (2022)
  • Author(s): Matsuoka Yuichiro、Yoshida Ryoji、Kawahara Kenta、Sakata Junki、Arita Hidetaka、Nkashima Hikaru、Takahashi Nozomu、Hirayama Masatoshi、Nagata Masashi、Hirosue Akiyuki、Kuwahara Yoshikazu、Fukumoto Manabu、Toya Ryo、Murakami Ryuji、Nakayama Hideki
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 102 Issue: 8 Pages: 896-907
  • DOI: 10.1038/s41374-022-00776-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Naringenin potentiates anti-tumor immunity against oral cancer by inducing lymph node CD169-positive macrophage activation and cytotoxic T cell infiltration (2022)
  • Author(s): Kawaguchi S、Kawahara a、Fujiwara Y、Ohnishi K、Pan C、Yano H、Hirosue A、Nagata M、Hirayama M、Sakata J、Nakashima H、Arita H、Yamana K、Gohara S、Nagao Y、Maeshiro M、Iwamoto A、Hirayama M、Yoshida R、Komohara Y、Nakayama H
  • Journal Title: Cancer Immunology, Immunotherapy Volume: - Issue: 9 Pages: 2127-2139
  • DOI: 10.1007/s00262-022-03149-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Factors Affecting Human Damage in Heavy Rains and Typhoon Disasters (2022)
  • Author(s): Naito Hisaki、Sueta Daisuke、Hanatani Satoko、Ikeda Hatsuo、Hirosue Akiyuki、Senokuchi Takafumi、Araki Eiichi、Tsujita Kenichi、Nakayama Hideki、Kasaoka Shunji
  • Journal Title: The Tohoku Journal of Experimental Medicine Volume: 256 Issue: 2 Pages: 175-185
  • DOI: 10.1620/tjem.256.175
  • ISSN: 0040-8727, 1349-3329
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Laterality on FDG-PET/CT in clinically node-negative early-stage oral squamous cell carcinoma: a retrospective analysis of patients with late neck metastasis (2022)
  • Author(s): Minamitake A, Murakami R, Shiraishi S, Yoshida R, Sakata J, Hirosue A, Kawahara K, Yamana K, Nakayama H, Kitajima M, Sakamoto F.
  • Journal Title: Oral Radiology Volume: 38 Issue: 3 Pages: 438-442
  • DOI: 10.1007/s11282-021-00581-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Extracellular vesicles derived from radioresistant oral squamous cell carcinoma cells contribute to the acquisition of radioresistance via the miR‐503‐3p‐BAK axis (2021)
  • Author(s): K Yamana,J Inoue,R Yoshida,J Sakata,H Nakashima,H Arita,S Kawaguchi,S Gohara,Y Nagao,H Takeshita,M Maeshiro,R Liu,Y Matsuoka,M Hirayama,K Kawahara,M Nagata,A Hirosue,R Toya,R Murakami,Y Kuwahara,M Fukumoto,H Nakayama
  • Journal Title: Journal of Extracellular Vesicles Volume: 10 Issue: 14
  • DOI: 10.1002/jev2.12169
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Re-evaluating the clinical significance of serum p53 antibody levels in patients with oral cancer in Japanese clinical practice. (2021)
  • Author(s): Shunsuke Gohara, Ryoji Yoshida, Kenta Kawahara, Junki Sakata, Hidetaka Arita, Hikaru Nakashima, Sho Kawaguchi, Yuka Nagao, Keisuke Yamana, Masashi Nagata, Akiyuki Hirosue, Akimitsu Hiraki, Hideki Nakayama
  • Journal Title: Molecular and clinical oncology Volume: 15 Issue: 4 Pages: 209-209
  • DOI: 10.3892/mco.2021.2372
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Can MRI-derived depth of invasion predict nodal recurrence in oral tongue cancer? (2021)
  • Author(s): Minamitake Anri、Murakami Ryuji、Sakamoto Fumi、Yoshida Ryoji、Sakata Junki、Hirosue Akiyuki、Kawahara Kenta、Yamana Keisuke、Nakayama Hideki、Toya Ryo、Shiraishi Shinya
  • Journal Title: Oral Radiology Volume: - Issue: 4 Pages: 641-646
  • DOI: 10.1007/s11282-020-00505-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] miR-30a attenuates drug sensitivity to 5-FU by modulating cell proliferation possibly by downregulating cyclin E2 in oral squamous cell carcinoma. (2021)
  • Author(s): Kenta Kawahara, Masashi Nagata, Ryoji Yoshida, Akiyuki Hirosue, Takuya Tanaka, Yuichiro Matsuoka, Hidetaka Arita, Hikaru Nakashima, Junki Sakata, Keisuke Yamana, Sho Kawaguchi, Shunsuke Gohara, Yuka Nagao, Masatoshi Hirayama, Nozomu Takahashi, Mayumi Hirayama, Hideki Nakayama
  • Journal Title: Biochemistry Biophysics Reports Volume: 21 Pages: 28-28
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2021.101114
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of serum amylase and salivary cytokines in oral complications during chemoradiotherapy (2020)
  • Author(s): Kawahara Kenta、Hiraki Akimitsu、Arita Hidetaka、Takeshita Hisashi、Hirosue Akiyuki、Matsuoka Yuichiro、Sakata Junki、Obayashi Yuko、Nakashima Hikaru、Hirayama Mayumi、Nagata Masashi、Yoshida Ryoji、Shinohara Masanori、Nakayama Hideki
  • Journal Title: Oral Diseases Volume: Online ahead of print Issue: 6 Pages: 1564-1571
  • DOI: 10.1111/odi.13686
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 高齢口腔癌治療における治療前栄養評価 (2023)
  • Author(s): 林信、高野昌士、浅香雄一郎、田村優志、瀬田祥平、廣末晃之
  • Organizer: 第41回日本腫瘍学会総会・学術大会
• [Presentation] 高齢口腔癌患者における治療前サルコペニアと予後との関連性の検討 (2023)
  • Author(s): 廣末晃之、林信、新山宗、上田倫弘
  • Organizer: 第41回日本腫瘍学会総会・学術大会
• [Presentation] 口腔癌患者における周術期栄養管理と体組成変化に関する検討 (2023)
  • Author(s): 岡村美帆、廣末晃之、前中あおい、長瀬博美、川原健太、中元雅史、諸富静香、吉田遼司、三島裕子、荒木栄一
  • Organizer: 第26回日本病態栄養学会年次学術集会
• [Presentation] 口腔癌におけるシスプラチンによるカルシウム動体への影響 (2022)
  • Author(s): 篠原光佑、川原健太、平山真弓、鈴木真奈美、高橋望、平山真敏、廣末晃之、吉田遼司、鈴木良弘、中山秀樹
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] 放射線耐性口腔扁平上皮細胞によるエクソソームを介したフェロトーシス制御機構の解明 (2022)
  • Author(s): 井上淳貴、吉田遼司、山名啓介、坂田純基、松岡祐一郎、大山徹、石川紘平、久保隆太、高橋望、 平山真敏、竹下尚志、川原健太、廣末晃之、桑原義和、福本学、中山秀樹
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] 酪酸によるエピゲノム変化を介した口腔癌の細胞制御機序の解明 (2021)
  • Author(s): 永尾 優果、廣末 晃之、山本 達郎、平山 真弓、中元 雅史、川原 健太、永田 将士、 吉田 遼司、中山秀樹
  • Organizer: 第66回日本口腔外科学会総会・学術大会
• [Presentation] 放射線耐性口腔癌細胞由来細胞外小胞はmiR-503-3p/BAK軸を介し放射線耐性を賦与する (2021)
  • Author(s): 山名 啓介 、吉田 遼司 、井上 淳貴 、中嶋 光 、川口 翔 、 郷原 俊輔 、永尾 優果 、竹下 尚志 、廣末 晃之 、中山 秀樹
  • Organizer: 第66回日本口腔外科学会総会・学術大会
• [Presentation] CD169の高発現は口腔扁平上皮癌において抗腫瘍免疫を活性化させる (2021)
  • Author(s): 川口 翔 、川原 健太 、廣末 晃之 、吉田 遼司 、 坂田 純基 、前城 学 、郷原 俊輔 、永尾 優果 、 山名 啓介 、中山 秀樹
  • Organizer: 第66回日本口腔外科学会総会・学術大会
• [Presentation] 口腔扁平上皮癌におけるIL-6阻害薬による放射線感受性効果の検討 (2021)
  • Author(s): 有田 英生 、吉田 遼司 、松岡 祐一郎 、山名 啓介 、 廣末 晃之 、永田 将士 、川原 健太 、中嶋 光 、 坂田 純基 、中山 秀樹
  • Organizer: 第66回日本口腔外科学会総会・学術大会
• [Presentation] 口腔癌患者における周術期栄養管理と手術前後の体組成変化に関する検討 (2021)
  • Author(s): 廣末 晃之、吹原 美帆、川原 健太、松岡 祐一郎、高橋 望、平山 真敏、永田 将士、吉田 遼司、三島 裕子、中山 秀樹
  • Organizer: 第34回日本口腔診断学会・第31回日本口腔内科学会合同学術大会