生体イメージングに基づいたがん細胞外小胞による脂肪分解機構の解析

• Project/Area Number: 22K07016
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49030:Experimental pathology-related
• Research Institution: University of Shizuoka (2023); Aichi Cancer Center Research Institute (2022)
• Principal Investigator: 疋田 智也 静岡県立大学, 薬学部, 助教 (20600935)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 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 2024: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 細胞外小胞 / 脂肪 / 交換神経 / がん / イメージング / 代謝 / 脂肪分解

Outline of Research at the Start

細胞はナノメートルサイズの微小な小胞（EV：細胞外小胞）を放出し、取り込むことで細胞間のコミュニケーションを行なっている。がん細胞のEVは正常細胞のものとは異なり、がん病態促進的な作用を有することが数多く報告されているが、その解析は細胞レベルに留まり、生体レベルで機能しているかは明らかでない。我々は、生体においてEVが集積する臓器や組織をイメージングにより明らかにし、脂肪組織に強く集積することを見出した。また、EV集積に伴って脂肪の組織学的変化や分解が見られ、EVの脂肪代謝への機能が予測された。本研究では、脂肪代謝へのEVの関与及びその分子機構を解明し、新たながん治療や予防について考える。

Outline of Annual Research Achievements

生体におけるがん細胞由来EVの脂肪分解への寄与を検討するため、EV形成や分泌に関与するTSG101、ALIX、RAB27A/Bの発現抑制細胞、又はノックアウト細胞を作製した。しかし、いずれの分子の発現抑制でもEV産生を阻害することができなかった。そこで、精製したがん細胞由来EVのマウス投与実験を行ったが、その投与経路に関わらず担癌マウスで観察されていたような脂肪組織への集積や脂肪分解は観察されなかった。これは、投与EV量の絶対的な不足、又は精製によるEVの性質変化などが要因であると考えられる。これらのアプローチでEVと脂肪分解との直接的関連性を証明することは困難であったため、EV分泌を抑制する低分子化合物の探索を実施した。その結果、チロシンキナーゼ阻害剤ダサチニブ及びミオシンⅡ阻害剤ブレビスタチンが、がん細胞由来EVの分泌を顕著に抑制することを発見した。一方、がん細胞由来EVが集積した脂肪組織では、交感神経線維が発達し、その数も明らかに増加していたため、脂肪へのEV集積は自律神経支配を介して脂肪分解を誘導するのではないかと考えた。前検討としてPC12細胞にがん細胞由来EVを添加したところ、NGFと同程度の強い軸索伸長活性が確認された。さらに、がん細胞由来EV内のタンパク質解析を行った結果、軸索伸長に関与する分子が高度に内包されていることを見出した。現在、がん細胞由来EVによる交感神経制御と脂肪分解が関連するかについて、検証を開始したところである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

容易にEV分泌を阻害できると考えていたが、代表的なEV形成・分泌関連分子の発現抑制は抑制効果を示さなかった。ノックダウンに加えノックアウトの作製を実施したり、組み合わせで発現抑制などを実施したため、多大な労力と期間をこの作業に消費してしまった。このため、本年度中にがん細胞由来EVによる脂肪分解の分子機構を明らかにする計画であったが、達成することができなかった。しかし一方で、EV内のタンパク質解析により神経関連分子が豊富に存在することを発見することができたため、全体の進捗状況としてはやや遅れていると評価した。

Strategy for Future Research Activity

先に示したように、チロシンキナーゼ阻害剤ダサチニブ及びミオシンⅡ阻害剤ブレビスタチンが、がん細胞由来EVの分泌を顕著に抑制することを本年度発見した。そこで、これら薬剤を用いた治療実験を実施し、がん細胞由来EVと脂肪分解との直接的関連性を明らかにする。また、各薬剤の標的分子であるSrc-family kinases、及びミオシンの発現抑制細胞を用いて担がんマウスを作製し、生体内の脂肪分解について解析を実施する。がん細胞由来EVによる神経支配と脂肪分解との関連性を明らかにするため、PC12細胞や脊髄後根節（DRG）を用いてEVの軸索伸長活性を解析するとともに、EV内の神経関連分子の発現抑制細胞を作製し、そのEVの軸索伸長活性を評価することで責任分子の同定を試みる。