2015 Fiscal Year Research-status Report
ミトコンドリア形態動態を標的とするメラノーマ治療の基礎研究
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15K09750
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
鈴木 良弘 日本大学, 医学部, 助教 (80206549)
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2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | メラノーマ / ミトコンドリア / カルシウム / 活性酸素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリア(MT)ネットワーク変化における細胞内脱分極の関与の発見：細胞死受容体(DR)に対する特異的アゴニスト抗体のMTネットワークに対する作用を解析した。強いアポトーシス誘発能を持つ抗DR5抗体は、MTの著しい断片化と凝集を、誘発能が弱い抗DR4抗体は、MTの軽度な分裂をそれぞれ誘発した。また前者の細胞核でのみクロマチン凝縮と核の断片化が見られた。
抗DR5抗体とは異なり、抗DR4抗体は細胞膜脱分極を誘発しないので、抗DR4抗体と塩化カリウムを併用投与したところ、抗DR5抗体投与と同様な著しいMT断片化と凝集、核の傷害ならびにアポトーシスが誘発された。このアポトーシスの誘発にはMT膜電位喪失とカスパーゼ活性化が伴い、内因性経路の活性化によると考えられた。
これらのアポトーシス誘発性MTネットワークの崩壊は、悪性黒色腫、肺がんおよび骨肉種細胞で共通に認められた。一方、メラノサイト、ヒト表皮線維芽細胞などの正常細胞では部分的なMTネットワークの切断が見られた。また、MTの分裂に必要なダイナミン関連タンパク質１（DRP1)の遺伝子ノックダウンまたはDrp1阻害剤mdivi-1処理細胞では、抗DR4抗体投与でMT断片化と凝集が著しく増強されたことから、Drp1を介する生理的なMTネットワークリモデリングが、アポトーシス誘発性のMTネットワークの崩壊を抑制すると考えられた。
さらに、細胞膜脱分極は活性酸素(ROS)依存性であり、TRAILならびに抗DR5抗体はがん細胞特異的にMT内ROS蓄積を誘発した。以上から、がん細胞のROSストレスに対する脆弱性とそれによるMTネットワークの崩壊が、TRAILによる腫瘍選択的な細胞死誘発の要因のひとつであることが示された(本研究の一部は国際専門誌OncotargetにResearch Articleとして発表した）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の目標のひとつはアポトーシスに関与するROSの化学的同定および産生経路の解明であった。これに関しては、ミトコンドリア内スーパーオキシド選択的に検出できるMitoSOXのシグナルが増加すること、ミトコンドリア膜電位が喪失すること、ミトコンドリアでの電子伝達系の阻害によってMitoSOXシグナルの増加がみられることがわかった。これらの結果は、ミトコンドリア内でのスーパーオキシドの蓄積がアポトーシスに関与することを示唆する。さらに、腫瘍特異的なミトコンドリアの断片化と凝集が見られることおよびこれがDrp1経路に非依存的で、むしろ増強されたことから、このようなアポトーシス誘発性ミトコンドリア形態変化は非生理的反応と考えられた。また、腫瘍細胞は正常細胞と比較してミトコンドリア内でのスーパーオキシドの蓄積が起こりやすいことも発見した。以上の研究成果によって、本研究プロジェクトでの実証を目標としていた作業仮説｢ROSを介する非生理的なミトコンドリア形態の変化がアポトーシスに関与しており、このような変化に対してがん細胞が正常細胞よりも感受性であることが腫瘍選択性の要因となる」との仮説の主要部分が実証されて当初の目標は達成された。
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| Strategy for Future Research Activity |
ミトコンドリア形態の異常な変化がどのようにして内因性経路の活性化およびアポトーシスの誘発につながるかを解明する。断片化したミトコンドリアでは膨潤が観察されることからミトコンドリア膜の統合性が喪失していることが考えられる。この喪失にはミトコンドリア内膜の透過性亢進とそれによる透過性亢進孔の形成やミトコンドリア外膜でのBak/Baxメガチャネルの形成が重要な役割を果たしており、ミトコンドリアからのチトクロームCの遊離にはミトコンドリア膜の傷害およびカルジオリピン酸化による両者の物理的会合の消失が必要とされる。そこで、これらのプロセスがミトコンドリアの異常断片化で影響を受けるかどうかを検討する。また、われわれは強いアポトーシス誘発には、ミトコンドリア依存性経路だけではなく、小胞体ストレス経路も関与することを報告しているので、小胞体ストレスの指標であるunfolded protein responseが誘発されるかどうかを調べる。さらに、ミトコンドリアの品質管理システムであるミトファジーが損なわれて異常ミトコンドリアが蓄積することにより細胞死が誘発される可能性なども追求する。
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