Elucidating the functions of quadruplex nucleic acids by integrative molecular profiling of chemical signals

• Project Area: Frontier research of chemical communications
• Project/Area Number: 20H04789
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Japanese Foundation for Cancer Research
• Principal Investigator: 清宮 啓之 公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 分子生物治療研究部, 部長 (50280623)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: グアニン四重鎖 / テロメア / 天然化合物 / バイオプローブ / オミクス解析

Outline of Research at the Start

テロメアなどのグアニンに富む塩基配列は、グアニン四重鎖（G4）と呼ばれる特殊な核酸高次構造を形成する。しかし、G4を生体レベルで検出・制御する技術は十分確立しておらず、この構造の真の生理的意義は不明である。本研究は、オミクス解析を基軸とする分子プロファイリングにより、G4の生理的意義の解明を目指す。具体的手法として、種々のG4安定化剤（G4リガンド）で処理したヒト細胞内の分子変動を網羅解析し、G4が本来つかさどる生理機能を描出する。本研究は化学シグナルと細胞応答を紐付けるため、創薬研究への応用展開も可能である。

Outline of Annual Research Achievements

グアニン四重鎖（G-quadruplex: G4）安定化物質（G4リガンド）であるテロメスタチンもしくはPhen-DC3を処理したヒト膵がん細胞のiTRAQプロテオーム解析により、これらのリガンドで共通して減少するタンパク質群を選別した。これらのうち、G4リガンドの作用点と想定されるG4形成配列を有する28個のタンパク質群を抽出し、さらにcBioPortalおよびDepMapプラットフォームのウェブ公開データベースを参照することで、遺伝子配列内にがん性のドライバー変異を有し、かつ、がん細胞の生存を支持すると想定される6つのタンパク質をG4リガンドの直接の標的候補因子として同定した。膵がん細胞をテロメスタチンもしくはPhen-DC3で処理すると、これらのタンパク質の発現レベルが実際に減少することをウェスタンブロット解析で確認した。以上の結果から、G4リガンドは上述の遺伝子群のmRNA上に形成されるG4構造を過度に安定化することで、当該転写産物からのタンパク質への翻訳を抑制し、制がん効果を発揮する可能性が示唆された。また、ミトコンドリアゲノムにはG4形成配列が豊富に存在することと一致して、同ゲノム由来の遺伝子発現はG4リガンドの影響を受け易いことが明らかとなった。このことから、G4は本来、ミトコンドリア遺伝子の発現を制御している可能性も示唆された。以上の結果を「化学コミュニケーション」の見地から考察すると、自然界に存在するテロメスタチン、ベルベリンなどの天然性のG4リガンドは、他の生物種のゲノムDNAもしくはRNA上のG4を安定化することで、当該因子の機能発現を抑制し、生存競争における優位性の獲得に貢献している可能性が考えられる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Beijing University of Technology(中国)
• [Int'l Joint Research] Institute for Basic Science/Pohang Univ Science and Technology(韓国)
• [Int'l Joint Research] Cancer Research Center of Lyon(フランス)
• [Journal Article] Pericentromeric noncoding RNA changes DNA binding of CTCF and inflammatory gene expression in senescence and cancer (2021)
  • Author(s): Kenichi Miyata, Yoshinori Imai, Satoshi Hori, Mika Nishio, Tze Mun Loo, Ryo Okada, Liying Yang, Tomoyoshi Nakadai, et. al.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 118 Issue: 35
  • DOI: 10.1073/pnas.2025647118
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neutralization of the induced VEGF-A potentiates the therapeutic effect of an anti-VEGFR2 antibody on gastric cancer in vivo (2021)
  • Author(s): Mashima Tetsuo、Wakatsuki Takeru、Kawata Naomi、Jang Myung-Kyu、Nagamori Akiko、Yoshida Haruka、Nakamura Kenichi、Migita Toshiro、Seimiya Hiroyuki、Yamaguchi Kensei
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 15125-15125
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94584-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical targeting of G-quadruplexes in telomeres and beyond for molecular cancer therapeutics (2021)
  • Author(s): Seimiya Hiroyuki、Nagasawa Kazuo、Shin-ya Kazuo
  • Journal Title: The Journal of Antibiotics Volume: 74 Issue: 10 Pages: 617-628
  • DOI: 10.1038/s41429-021-00454-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lamellarin 14, a derivative of marine alkaloids, inhibits the T790M/C797S mutant epidermal growth factor receptor (2021)
  • Author(s): Nishiya Naoyuki、Oku Yusuke、Ishikawa Chie、Fukuda Tsutomu、Dan Shingo、Mashima Tetsuo、Ushijima Masaru、Furukawa Yoko、Sasaki Yuka、Otsu Keishi、Sakyo Tomoko、Abe Masanori、Yonezawa Honami、Ishibashi Fumito、Matsuura Masaaki、Tomida Akihiro、Seimiya Hiroyuki、Yamori Takao、Iwao Masatomo、Uehara Yoshimasa
  • Journal Title: Cancer Science Volume: － Issue: 5 Pages: 1963-1974
  • DOI: 10.1111/cas.14839
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Design and synthesis of 14 and 15-membered macrocyclic scaffolds exhibiting inhibitory activities of hypoxia-inducible factor 1α (2021)
  • Author(s): Shimizu Takahiro、Takahashi Norihito、Huber Vincent J.、Asawa Yasunobu、Ueda Hiroki、Yoshimori Atsushi、Muramatsu Yukiko、Seimiya Hiroyuki、Kouji Hiroyuki、Nakamura Hiroyuki、Oguri Hiroki
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Volume: 30 Pages: 115949-115949
  • DOI: 10.1016/j.bmc.2020.115949
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] G‐quadruplex‐forming nucleic acids interact with splicing factor 3B subunit 2 and suppress innate immune gene expression (2021)
  • Author(s): Matsumoto Kyoko、Okamoto Keiji、Okabe Sachiko、Fujii Risa、Ueda Koji、Ohashi Kenichi、Seimiya Hiroyuki
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 26 Issue: 2 Pages: 65-82
  • DOI: 10.1111/gtc.12824
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Target identification of a macrocyclic hexaoxazole G-quadruplex ligand using post-target-binding visualization (2020)
  • Author(s): Yasuda Mizuho、Ma Yue、Okabe Sachiko、Wakabayashi Yuki、Su Dongdong、Chang Young-Tae、Seimiya Hiroyuki、Tera Masayuki、Nagasawa Kazuo
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 56 Issue: 85 Pages: 12905-12908
  • DOI: 10.1039/d0cc04957c
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A fully synthetic 6-aza-artemisinin bearing an amphiphilic chain generates aggregates and exhibits anti-cancer activities (2020)
  • Author(s): H. Koi, N. Takahashi, Y. Fuchi, T. Umeno, Y. Muramatsu, H. Seimiya, Satoru Karasawa*, and H. Oguri*
  • Journal Title: Org. Biomol.Chem Volume: 18 Issue: 28 Pages: 5339-5343
  • DOI: 10.1039/d0ob00919a
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crossroads of telomere biology and anticancer drug discovery (2020)
  • Author(s): Seimiya Hiroyuki
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 111 Issue: 9 Pages: 3089-3099
  • DOI: 10.1111/cas.14540
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] G-quadruplex in cancer biology and drug discovery. (2020)
  • Author(s): Nakanishi C, Seimiya H.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: In press Issue: 1 Pages: 45-50
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.03.178
  • Peer Reviewed
• [Presentation] テロメアパラドクスの探究と核酸のかたちを標的としたがん創薬 (2021)
  • Author(s): 清宮啓之
  • Organizer: 徳島大学歯学部講義セミナー
  • Invited
• [Presentation] Targeting G-quadruplex nucleic acids for cancer therapeutics (2021)
  • Author(s): Seimiya, H
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] 染色体の終わりから始まるがん創薬 (2021)
  • Author(s): 清宮啓之
  • Organizer: 日本遺伝学会第93回大会，公開市民講座「がんの遺伝的多様性の理解からがんの治療法を考える」
  • Invited
• [Presentation] テロメアから始まるがん創薬 (2021)
  • Author(s): 清宮啓之
  • Organizer: 広島大学大学院薬科学特論・特講セミナー
  • Invited
• [Presentation] G-quadruplexを標的としたがん創薬 (2021)
  • Author(s): 清宮啓之
  • Organizer: Takeda Science Urology
  • Invited
• [Presentation] Telomere as the starting point for new cancer molecular medicine (2020)
  • Author(s): 清宮啓之
  • Organizer: 広島大学大学院薬科学特論セミナー
  • Invited
• [Presentation] テロメアから始まるがん創薬 (2020)
  • Author(s): 清宮啓之
  • Organizer: 第24回日本がん分子標的治療学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] 制がん性グアニン四重鎖リガンド耐性がん細胞株の樹立と耐性機構 の解明 (2020)
  • Author(s): 岡部幸子, 新家一男, 旦慎吾, 長澤和夫, 清宮啓之
  • Organizer: 第79回日本癌学会学術総会
• [Presentation] 腫瘍形成におけるユビキチン様タンパク質ISG15の機能解明 (2020)
  • Author(s): 犬山慶輔，岡本啓治，藤原理恵，右田敏郎，清宮啓之
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 化学シグナルの統合的分子プロファイリングによる四重鎖核酸の機能解明 (2020)
  • Author(s): 清宮啓之
  • Organizer: 化学コミュニケーションのフロンティア；第2回領域リトリート
• [Remarks] 研究室HP
  • URL: https://www.jfcr.or.jp/chemotherapy/department/molecular_biotherapy/index.html
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.jfcr.or.jp/chemotherapy/department/molecular_biotherapy/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] 新規化合物又はその薬理学的に許容される塩 (2020)
  • Inventor(s): 吉田稔，清宮啓之、他
  • Industrial Property Rights Holder: 理化学研究所、がん研究会、株式会社ヤクルト本社
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020
  • Acquisition Date: 2021