ヒト癌におけるMTH1発現亢進の意義の解明とMTH1の発現・機能抑制法の開発

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15025257
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 中別府 雄作 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (30180350)
• Keywords: 8-oxo-dGTP / 2-OH-dATP / MTH1 / ミトコンドリア機能障害 / 酸化プリンヌクレオシド三リン酸 / 酸化ストレス / ピクノーシス / siRNA

Research Abstract

8-oxo-dGTPや2-OH-dATP)などの酸化プリンヌクレオシド三リン酸分解活性を有するMTH1の細胞保護効果について解析した.MTH1欠損マウス由来胎児線維芽細胞(MEF)株を樹立し,H_2O_2負荷後の変化を解析したところ,MTH1欠損MEFは,核の強い凝集(ピクノーシス)とミトコンドリア内への電子密度の高い異常な構造体の蓄積を特徴とする形態変化を伴って,H_2O_2に対して高い感受性で細胞機能障害および細胞死に陥った.この細胞死はポリ(ADP-リボース)ポリメラーゼおよびカスパーゼに非依存性であった.HPLC-MS/MSおよび蛍光免疫染色による解析から,MTH1欠損MEFではH_2O_2負荷により核およびミトコンドリアDNAへ8-oxoGが継続的に蓄積することが明らかになった.H_2O_2によりMTH1欠損MEFに観察されたこれら総ての変化は,ヒトMTH1(hMTH1)を発現させることにより効率よく抑制された.一方,8-oxo-dGTP分解活性あるいは2-OH-dATP分解活性を選択的に喪失したhMTH1(W117Y, D119A)変異体蛋白質の発現では,いずれも野生型hMTH1に比較して低いレベルではあるが,これらH_2O_2による変化が抑制された.以上の結果より,hMTH1は8-oxo-dGTPや2-OH-dATPを含む酸化プリンヌクレオチドを分解することで,細胞をH_2O_2による機能障害や細胞死から保護する機能を有し,その保護効果の一部はミトコンドリア機能障害の抑制に起因することが示唆された。ヒト腫瘍組織においては悪性度の高いがん組織ほど8-oxoGなどの酸化塩基の蓄積が亢進し,さらにMTH1の発現が著しく亢進している。がん細胞は常に亢進した酸化ストレスに曝されゲノムの酸化等の障害を被っているが,悪性度の高いがんではMTH1の発現亢進により細胞死を誘発する酸化ヌクレオチドを分解,排除することにより,生存し増殖を維持していることが示された.さらに,MTH1の発現抑制を目的としてsiRNAおよびその発現ベクターを構築し,ヒト癌細胞で効率良くMTH1の発現を抑制する系を確立した。

Research Products

• [Publications] Nakabeppu, Y., D.Tsuchimoto, A.Ichinoe, M.Ohno, Y.ide, S.Hirano, D.Yoshimura, Y.Tominaga, M.Furuichi, K.Sakumi.: "Biological Significance of the Defense Mechanisms against Oxidative Damage in Nucleic Acids Caused by Reactive Oxygen Species"Annals of New York Academy of Science. 1011(印刷中). (2004)
• [Publications] Iida, T., A.Furuta, Y.Nakabeppu, T.Iwaki.: "Defense mechanism to oxidative DNA damage in glial cells."Neuropathology. (印刷中). (2004)
• [Publications] Kimura, Y., S.Oda, A.Egashira, Y.Kakeji, H.Baba, Y.Nakabeppu, Y.Maehara.: "A variant form of hMTH1, a human homologue of mutT E.coli muator gene, correlates with somatic mutation in p53 tumour suppressor gene in gastric cancer patients."Journal of Medical Genetics. (印刷中). (2004)
• [Publications] Kamiya, H., H.Yakushiji, L.Dugue, M.Tanimoto, S.Pochet, Y.Nakabeppu, H.Harashima.: "Probing the substrate recognition mechanism of the human MTH1 protein by nucleotide analogs."Journal of Molecular Biology. 3362. 843-850 (2004)
• [Publications] Russo, M., M.Blasi, F.Chiera, P.Fortini, P.Degan, P.Macpherson, M.Furuichi, Y.Nakabeppu, P.Karran, G.Aquilina, M.Bignami.: "The Oxidized Deoxynucleoside Triphosphate Pool Is a Significant Contributor to Genetic Instability in Mismatch Repair-Deficient Cells."Molecular and Cellular Biology. 24. 465-474 (2004)
• [Publications] Yoshimura, D., K.Sakumi, M.Ohno, Y.Sakai, M.Furuichi, S.Iwai, Y.Nakabeppu.: "An oxidized purine nucleoside triphosphatase, MTH1 suppresses cell death caused by oxidative stress."Journal of Biological Chemistry. 278. 38121-38124 (2003)
• [Publications] Nakabeppu, Y., H.Maki, M.Sekiguchi.: "Encyclopedia of Molecular Biology and Molecular Medicine(分担執筆)"VCH Publishers Inc., New York.. (2004)