Investigation of Molecular Mechanisms Underlying Oncogenesis in HBOC Syndrome

• Project Area: Conquering cancer through neo-dimensional systems understanding
• Project/Area Number: 18H04900
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 笹沼 博之 京都大学, 医学研究科, 准教授 (00531691)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: エストロゲン / BRCA1 / DNA二重鎖切断修復 / トポイソメラーゼ2型 / 乳がん / トポイソメラーゼ２型

Outline of Annual Research Achievements

乳がんのがん抑制遺伝子として単離されたBRCA遺伝子は、DNA二重鎖切断修復に必須な機能を担う。この機能は増殖細胞にとって必須であるためBRCA遺伝子機能欠損が、女性臓器特異的発がんを引き起こすかはわかっていない。申請者は、エストロゲンがトポイソメラーゼ2型(Top2)酵素によるDNA二重鎖切断(DSB)を誘発し、BRCA1がこのTop2依存的に形成されるDSBの修復に関わっていることを発見した。本研究では、エストロゲンのDNA毒性を男性ホルモンであるアンドロゲンに大してもDNA毒性があるかを検証することを課題とする。この課題達成のために、アメリカNIHとスペインCNIO研究所の研究者と共同研究を行った。この共同研究の結果、アンドロゲン受容体前立腺癌細胞とTDP2ノックアウトマウスにおいて、アンドロゲンの強いDNA毒性が検出された。マウス乳腺では、BRCA1欠損によってエストロゲンのDNA毒性が増強したが、マウス前立腺では、BRCA1欠損によるアンドロゲンのDNA毒性は顕著に観察されなかった。一方で、Top2酵素によるDSB修復に関与するTDP2欠損マウスの前立腺では、エストロゲンのDNA毒性はあまりみられないが、アンドロゲンのDNA毒性が非常に強く観察された。２つ目の課題として、エストロゲン－Top2依存的に誘導されるDSBの場所をゲノムワイドに決定する予定であった。培養細胞を血清飢餓によりG0期に同調し、その後エストロゲンによる刺激によって導入されるDSBを、End-seq(世界最高感度のDSB検出法)により検出した。その結果、大量のノイズが検出された。がんに由来する培養細胞は、一般的にDNA複製中に大量のDNA切断が起きているという報告があり、血清飢餓にG0期に同調したときにコンタミした5-10%のS期の細胞が大きくノイズとして検出されたと考えられる。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] CSIC-Universidad de Sevilla Universidad(スペイン)
• [Int'l Joint Research] Memorial Sloan-Kettering Cancer Center(米国)
• [Journal Article] UBC13-Mediated Ubiquitin Signaling Promotes Removal of Blocking Adducts from DNA Double-Strand Breaks (2020)
  • Author(s): Akagawa Remi、Trinh Hai Thanh、Saha Liton Kumar、Tsuda Masataka、Hirota Kouji、Yamada Shintaro、Shibata Atsushi、Kanemaki Masato T.、Nakada Shinichiro、Takeda Shunichi、Sasanuma Hiroyuki
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 4 Pages: 101027-101027
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101027
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TDP2 suppresses genomic instability induced by androgens in the epithelial cells of prostate glands. (2020)
  • Author(s): Mahmud MRA, Ishii K, Lozano CB, Sainz ID, Toi M, Akamatsu S, Fukumoto M, Watanabe M, Takeda S, Ledesma FC, Sasanuma H.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: in press Issue: 7 Pages: 450-465
  • DOI: 10.1111/gtc.12770
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Estrogen Induces Mammary Ductal Dysplasia via the Upregulation of Myc Expression in a DNA-Repair-Deficient Condition (2020)
  • Author(s): Itou Junji、Takahashi Rei、Sasanuma Hiroyuki、Tsuda Masataka、Morimoto Suguru、Matsumoto Yoshiaki、Ishii Tomoko、Sato Fumiaki、Takeda Shunichi、Toi Masakazu
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 2 Pages: 100821-100821
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.100821
  • NAID: 120006779803
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Type II DNA Topoisomerases Cause Spontaneous Double-Strand Breaks in Genomic DNA (2019)
  • Author(s): Morimoto S, Tsuda M, Bunch H, Sasanuma H, Austin C, Takeda S
  • Journal Title: Genes (Basel) Volume: 10 Issue: 11 Pages: 868-868
  • DOI: 10.3390/genes10110868
  • NAID: 120006898175
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] PDIP38/PolDIP2 controls the DNA damage tolerance pathways by increasing the relative usage of translesion DNA synthesis over template switching. (2019)
  • Author(s): Tsuda M, Ogawa S, Ooka M, Kobayashi K, Hirota K, Wakasugi M, Matsunaga T, Sakuma T, Yamamoto T, Chikuma S, Sasanuma H, Debatisse M, Doherty AJ, Fuchs RP, Takeda S
  • Journal Title: PLoS One Volume: 14 Issue: 3 Pages: e0213383-e0213383
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0213383
  • NAID: 120006822506
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] BRCA1 Haploinsufficiency Is Masked by RNF168-Mediated Chromatin Ubiquitylation (2019)
  • Author(s): Zong D, Adam S, Wang Y, Sasanuma H, Callen E, Murga M, Day A, Kruhlak MJ, Wong N, Munro M, Ray Chaudhuri A, Karim B, Xia B, Takeda S, Johnson N, Durocher D, Nussenzweig A
  • Journal Title: Molecular Cell Volume: 73 Issue: 6 Pages: 1267-1281
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2018.12.010
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] SUMOylation of PCNA by PIAS1 and PIAS4 promotes template switch in the chicken and human B cell lines (2018)
  • Author(s): Mohiuddin Mohiuddin、Evans Terry John、Rahman Md Maminur、Keka Islam Shamima、Tsuda Masataka、Sasanuma Hiroyuki、Takeda Shunichi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 115 Issue: 50 Pages: 12793-12798
  • DOI: 10.1073/pnas.1716349115
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] BRCA1 ensures genome integrity by eliminating estrogen-induced pathological topoisomerase II-DNA complexes (2018)
  • Author(s): Sasanuma Hiroyuki、Tsuda Masataka、Morimoto Suguru、Saha Liton Kumar、Rahman Md Maminur、Kiyooka Yusuke、Fujiike Haruna、Cherniack Andrew D.、Itou Junji、Callen Moreu Elsa、Toi Masakazu、Nakada Shinichiro、Tanaka Hisashi、Tsutsui Ken、Yamada Shintaro、Nussenzweig Andre、Takeda Shunichi
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 115 Issue: 45
  • DOI: 10.1073/pnas.1803177115
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] BRCA1-Mre11 ensures genome integrity by eliminating estrogen-induced pathological Topoisomerase II-DNA complexes (2019)
  • Author(s): Hiroyuki Sasanuma
  • Organizer: 5th HiHA International Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] BRCA1 ensures genome integrity by eliminating estrogen-induced pathological Topoisomerase II-DNA complexes (2018)
  • Author(s): Hiroyuki Sasanuma
  • Organizer: 第41回分子生物学会
• [Presentation] BRCA1は、静止期細胞においてTop2依存的なDNA二重鎖切断修復に関与する (2018)
  • Author(s): 笹沼博之
  • Organizer: 第90回遺伝学会