Investigation of Target Protein Degradation and Its Effect on Enhancing Cancer-Specific Antigen Presentation by Quantitative Mass Spectrometry

• Project/Area Number: 23K04971
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37030:Chemical biology-related
• Research Institution: Japanese Foundation for Cancer Research
• Principal Investigator: 峯岸 ゆり子 公益財団法人がん研究会, がんプレシジョン医療研究センター プロテオミクス解析グループ, 研究員 (20621832)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: イムノペプチドミクス / 抗原提示 / ネオ抗原 / KRAS / HLA / PROTAC / がん免疫 / イムノペプチド / プロテアソーム分解 / 質量分析

Outline of Research at the Start

現在、即時療法として利用可能なOff-the-Shelfとしてのがん免疫療法の開発が海外において急速に進んでいる。いずれのがん免疫療法も治療奏功に至るには、前提として、患者がん細胞において標的抗原が実際に提示されていることが重要である。しかし、技術的律速もあり、治療時における抗原提示情報は未検証であることが多い。治療標的となる抗原の提示をがん細胞で後押しするような“ブースター薬”の開発は、がん免疫療法の併用薬として非常に価値の高いものであると考えられる。本研究は最新の質量分析法と分子生物学的手法を駆使し、がん免疫療法における抗原提示ブースター併用薬の可能性について探索するための研究である。

Outline of Annual Research Achievements

申請者は当該年度において、KRAS-G12D変異を標的とするPROTAC化合物をG12D変異を有する細胞株に作用させることで、G12D PROTAC化合物処理によりKRASタンパク質量が減少することをウェスタンブロットで確認した。これは、プロテアソームによる細胞内タンパク質の分解亢進が抗原提示の増強に寄与するという仮説において前提となる重要な所見である。また、当該年度中に所属研究部に新規に導入された最新質量分析機を用いたイムノペプチドミクスの分析系を確立し、従来は大腸がん細胞株HCT116を用いて100,000,000個の細胞数から7,000配列前後のイムノペプチド配列種が同定される効率であったのに対し、最新機種では20分の1のサンプル量となる5,000,000個の細胞数から、倍以上の15,000配列種以上のイムノペプチド配列種の同定を可能とする分析系を確立した。同最新機種を用いた標的質量分析により、KRAS変異を有するNeoepitopeの分析系についても確立している。今後、この分析系を用いて、PROTAC処理したサンプルで抗原提示量の定量を進める予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

申請者は前年度までに確認した各種KRAS変異を有する細胞株の情報をもとに、MedChemExpress(MCE)社が販売するPROTAC KRAS G12D degrader 1 を用い、G12D変異を有する細胞株に作用させることでPROTAC化合物としての機能について評価を行った。その結果、PROTAC化合物を一晩処理した細胞株においては、抗G12D抗体で検出されるバンドの消失を認めた。このことは、PROTACが持つ、標的分子のプロテアソーム分解作用の亢進を示唆する結果であり、抗原提示に必要なソースタンパクの分解促進が惹起されていることを示している。新規に導入された最新型の質量分析システムに、KRAS変異を有するネオ抗原の同定のための分析系については合成ペプチドを用いて確立を行った。今後はPROTAC処理した細胞株と未処理の細胞株からそれぞれイムノペプチドサンプルを調製し、提示されているであろうG12D変異を有する各種Neoepitopeの同定とその量的差について、標的イムノペプチドミクスにより明らかにする予定である。

Strategy for Future Research Activity

今後は、PROTAC処理したサンプルの調製を引き続き行い、それらのサンプルをこれまでに確立した標的イムノペプチドミクスの分析系と、安定同位体ラベル合成ペプチドを用いた定量分析系へと移行し、抗原提示量の変化について明らかにする予定である。G12Dを標的としたPROTAC化合物による抗原提示の増強が認められた場合、PROTAC化合物の処理によりG12D変異を認識するT細胞の応答性の向上にも寄与しうるかどうか、ELISpot等を用いた検討を行う予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Providence Cancer Institute(米国)
• [Journal Article] The Japanese-German Symposium on the “Advancement and Application of Proteoform-Centric Proteomics” (2025)
  • Author(s): Takemori, N., Kaulich, PT., Hahn, J., Schulter, H., Sugiyama, N., Tsumagari, K., Ishihama, Y., Fuchs, S., Iwasaki, M., Muller, FJ., Neususs;, C., Jeong, K., Kohlbacher, O., Shimizu, Y., Otsuka, O., Sato, H., Sasaki, K., Minegishi, Y., et al.
  • Journal Title: Proteomics Volume: - Issue: 19 Pages: 6-10
  • DOI: 10.1002/pmic.202400394
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Current Status of Immunopeptidomics by Mass Spectrometry for Precision Cancer Immunotherapy (2024)
  • Author(s): 峯岸 ゆり子、植田 幸嗣
  • Journal Title: Proteome Letters Volume: 9 Issue: 1 Pages: 21-32
  • DOI: 10.14889/jpros.9.1_21
  • ISSN: 2432-2776
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Compound heterozygous mutations in a mouse model of Leber congenital amaurosis reveal the role of CCT2 in photoreceptor maintenance (2024)
  • Author(s): Suga Akiko、Minegishi Yuriko、Yamamoto Megumi、Ueda Koji、Iwata Takeshi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 7 Issue: 1 Pages: 676-676
  • DOI: 10.1038/s42003-024-06384-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Emerging potential of immunopeptidomics by mass spectrometry in cancer immunotherapy (2024)
  • Author(s): MINEGISHI, Y., Haga, Y., Ueda, K。
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 115 Issue: 4 Pages: 1048-1059
  • DOI: 10.1111/cas.16118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 個別化がん免疫療法に向けた質量分析によるイムノペプチドミクス: 小さなペプチドが担う自己・非自己 (2025)
  • Author(s): 峯岸ゆり子
  • Organizer: 第228回Science-ome Anti-disciplinary Forum.
  • Invited
• [Presentation] Aberrant Expression of Human Endogenous Retrovirus K9-Derived Elements Is Associated with Better Clinical Outcome of Acute Myelocytic Leukemia. (2024)
  • Author(s): Yanagiya, R., Minegishi, Y., Onizuka, M., Ueda, K., Kotani, A. and Nakagawa, S.
  • Organizer: The annual meeting of American Society of Hematology 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ion mobility-assisted immunopeptidomics for precision cancer immunotherapy. (2024)
  • Author(s): Minegishi, Y.
  • Organizer: Advancement and Application of Methods for Proteoform-Centric Proteomics, Japanese-German Joint Symposium 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dark immunopeptidome of head and neck squamous cell carcinoma in serial cell lines from a single patient during multimodality treatment time-course. (2024)
  • Author(s): Meng, R., Moudgil, T., Iwamoto, N., Minegishi, Y., Koguchi, Y., Rajamanickam, V., Christie, T., Tran R., Redmond, W., Bifulco, C., Hilton, T., Dowdell, A., Jensen SM., Paustian C., Patel, A., Hu HM., Bell B., Urba W., Ueda, K., Shimada, T., Piening, B., Leidner, R., Fox, BA.
  • Organizer: The 39th annual Meeting of Society for Immunotherapy of Cancer(SITC) 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Off-the-shelf dark matter immunotherapy in head & neck cancer: mechanistic insights and clinical efficacy. (2024)
  • Author(s): Leidner, SR., Paustian, C., Jensen, MS, Moudgil, T., Simons, N., Koguchi, Y., Rajamanickam, V., Nijenhuis, DNLMD., Meng, R., Couey, M., Vu, Q., Taylor, HM., Kaur, L., Bernard, B., Christie, T., Iwamoto, N., Minegishi, Y., et al.
  • Organizer: The 39th annual Meeting of Society for Immunotherapy of Cancer(SITC) 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of Class I immunopeptide from cancer dark matter. (2024)
  • Author(s): Minegishi, Y., Kiyotani, K., Ueda, K.
  • Organizer: 第83回日本癌学会学術総会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 微分型イオンモビリティを用いたがんドライバー遺伝子KRASの変異を有する内在性ネオ抗原配列種の同定 (2024)
  • Author(s): 峯岸ゆり子、植田幸嗣
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2024年大会
• [Presentation] 個別化がん免疫療法に向けた包括的イムノペプチドミクス分析系の確立。 (2024)
  • Author(s): 峯岸ゆり子、植田幸嗣
  • Organizer: timsTOF Ultra Live デモ＆ウェビナー
  • Invited
• [Presentation] Current Updates for Immunopeptidomics by ion mobility-assisted mass spectrometry. (2024)
  • Author(s): Minegishi, Y., Ueda, K.
  • Organizer: Edgefield Program HNSCC Retreat 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] An off-the-shelf multivalent vaccine containing cancer’s dark matter, DPV-001, combined with PD-1 +/- GITR in head & neck cancer: safety, efficacy, and immunodynamics from the phase 1 GITRVax trial. (2024)
  • Author(s): Leidner, R.S., Paustian, C., Jensen, S.M., Moudgil, T., Koguchi, Y., Simons, N., Rajamanickam, V., Meng, R., Couey, M.A., Vu, Q., Taylor, M.H., Long, A., Staeck, A.J., Kaur, L., Jovanovic, T., Bernard, B., Christie, T., Iwamoto, N., Minegishi, Y., et al.
  • Organizer: American Association for Cancer Research (AACR) Annual Meeting 2024
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of naturally presented oncogenic KRAS neoepitope species by mass spectrometry (2024)
  • Author(s): 1.Minegishi, Y., Ueda, K.
  • Organizer: The 1st International Symposium on Cancer Immunology and Immunotherapy (JACI2024)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] イムノペプチドーム解析によるがん特異的HLA Class I提示抗原ペプチドの探索 (2024)
  • Author(s): 峯岸ゆり子
  • Organizer: 2024年がん関連三学会Rising Starネットワーキング
• [Presentation] Simultaneous identification of KRAS mutation-carrying multiple neoepitopes by differential ion mobility-assisted targeted-mass spectrometry. (2023)
  • Author(s): Minegishi, Y., Iwamoto, N., Shimada, T., Kiyotani, K., Nagayama, S., Tran, E., Koguchi, Y., Redmond, W., Piening, B., Fox, B.A., Ueda, K.
  • Organizer: The 38th annual Meeting of Society for Immunotherapy of Cancer (SITC2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Detection of KRAS G12D/G12V neoepitopes expressed by cancer cell lines using LC-MS/MS (2023)
  • Author(s): Iwamoto, N., Minegishi, Y., Ueda, K., Koguchi, Y., Redmond, W., Piening, B., Fox, B.A, Tran, E., Shimada, T.
  • Organizer: The 38th annual Meeting of Society for Immunotherapy of Cancer (SITC2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Potential of mass spectrometry in antigen discovery for cancer immunotherapy (2023)
  • Author(s): 峯岸ゆり子、芳賀淑美、箱崎勇治、清谷一馬、長山聡、植田幸嗣
  • Organizer: 第82回日本癌学会学術総会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 微分型イオン移動度質量分析によるがん免疫医療のためのイムノペプチドームの探索 (2023)
  • Author(s): 長山聡、峯岸ゆり子、植田幸嗣
  • Organizer: 第109回日本消化器病学会総会