Mechanism of Hit-and-Run oncogenesis by the Helicobacter pylori CagA oncoprotein

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H06373
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 畠山 昌則 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 教授 (40189551)
• Project Period (FY): 2016-05-31 – 2021-03-31
• Keywords: ヘリコバクター・ピロリ / CagA / 胃がん / SHP2 / SHP1 / Parafibromin / 遺伝子改変マウス / チロシン脱リン酸化

Outline of Annual Research Achievements

1. ピロリ菌がんタンパク質CagAとSHP2の複合体形成能と発がんリスクとの関連を定量的に示す為に、様々な数のEPIYA-Cモチーフを保有する欧米型CagAならびにSHP2の組換え体を大腸菌体内で発現・精製した後、表面プラズモン共鳴法を用いてCagA-SHP2結合親和性を決定した。その結果、欧米型ピロリ菌CagAにおける胃がんリスク増大には1μM以下の解離定数(KD) を示す強いSHP2結合能を必要とすることが明らかとなった。
2. Parafibrominはピロリ菌CagAの細胞内標的分子であるSHP2により脱リン酸化される。脱リン酸化Parafibrominはモルフォゲンシグナルのエフェクターであるβ-cateninならびにGli1と相互排他的に結合する一方、β-catenin とNotch intracellular domain (NICD)とは協調的に結合することで、 Wnt, Hedgehog, Notchモルフォゲンシグナルを統合・集積する転写コアクティベーターとして機能することを明らかにした。
3. 発がんタンパク質としてのピロリ菌CagAの活性発現にはEPIYAモチーフのチロシンリン酸化が要求される。このEPIYAモチーフを脱リン酸化する宿主チロシンホスファターゼを探索し、SHP1を同定した。胃上皮細胞内におけるSHP1の発現増強が胃がん予防につながる可能性が示唆された。一方、全胃がん症例の10％程度に認められる EBウイルス感染により、SHP1がエピゲノムサイレンシングを受けることが明らかとなり、胃がん発症におけるピロリ菌とEBウイルスの機能協調が推察された。
4. テトラサイクリン応答転写エレメントの下流にcagA遺伝子を接続した発現ユニットをリバーステトラサイクリン調節性トランス活性化因子(rtTA)遺伝子とともにROSA26遺伝子内にノックインしたテトラサイクリン依存性CagA誘導発現トランスジェニックマウスを作製した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

ピロリ菌CagAがんタンパク質の分子多型にともなう発がんリスクのバリエーションを定量的に評価する系を樹立すると同時に、CagAの発がん活性に対抗する宿主細胞側分子としてSHP1を同定することに成功した。また、ピロリ菌CagA-SHP2軸の下流に位置すると考えられるSHP2脱リン酸化基質parafibrominの生理的な役割を明らかにした。テトラサイクリン依存性CagA誘導発現トランスジェニックマウスの作成も予定通りに進んでいる。以上の結果から、研究計画は順調に進行していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

現在得られているテトラサイクリン依存性CagA誘導発現トランスジェニックマウスから胎児線維芽細胞(MEF)を樹立し、テトラサイクリン（実際には水溶性のテトラサイクリン誘導体であるドキシサイクリンを使用）投与依存的なCagAのon-off発現が誘導されるか否かを検討する。発現のon-offが確認された段階で、胃粘膜特異的なCre発現マウスとの交配を開始する。

Research Products

• [Journal Article] A sour relationship between BabA and Lewis b. (2017)
  • Author(s): Hatakeyama, M.
  • Journal Title: Cell Host Microbe Volume: 21 Pages: 318-320
  • DOI: 10.1016/j.chom.2017.02.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Formation and functional analysis of specific tRNA granules caused by low-dose X-ray irradiation. (2017)
  • Author(s): Katano, A., Miyagawa, R., Kobayashi, R., Yamashita, H,, Morikawa, T., Sakumi, A., Tamari, Y., Kamiya, N., Hatakeyama, M., Fukayama, M., Kuni Ohtomo, K. and Nakagawa, K.
  • Journal Title: Bioimages Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CEACAM6 is upregulated by Helicobacter pylori CagA and is a biomarker for early gastric cancer. (2016)
  • Author(s): Roy, R.K., Hoppe, M.M., Sharma, N., Srivastava, S., Tan, K.T., Yang, H., Voon, D.C., Pang, B., The, M., Murata-Kamiya, N., Hatakeyama, M., Samanta, A., Chang, Y.T., Ito, Y., Ho, K.Y., Tan, P., Soong, R., Koeffler, P.H., Yeoh, K.G. and Jeyasekharan, A.D.
  • Journal Title: Oncotarget Volume: 7 Pages: 55290-55301
  • DOI: 10.18632/oncotarget.10528
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Helicobacter pylori cytotoxin CagA is essential for suppressing host heat shock protein expression. (2016)
  • Author(s): Lang, B., Gorrell, R., Tafreshi, M., Hatakeyama, M., Kwok, T. and Price, J.
  • Journal Title: Cell Stress Chaperones. Volume: 21 Pages: 523-33
  • DOI: 10.1007/s12192-016-0680-x
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Helicovanter pylori VacA, acting through receptor tyrosine phosphatase is crucial for CagA phosphorylation in human duodenal carcinoma cell line AZ-521. (2016)
  • Author(s): Nakano, M., Yahiro, K., Yamazaki, E., Kurazono, H., Akada, J.K., Yamaoka, Y., Niidome, T., Hatakeyama, M., Suzuki, H., Yamamoto, T. Moss, J. and Hirayama, T.
  • Journal Title: Dis. Model Mech. Volume: 9 Pages: 1473-1481
  • DOI: 10.1242/dmm.025361
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dephosphorylated parafibromin is a transcriptional coactivator of the Wnt/Hedgehog/Notch pathways. (2016)
  • Author(s): Kikuchi, I., Takahashi-Kanemitsu, A., Sakiyama, N., Tang, C., Tang, PJ, Noda, S., Nakao, K., Kassai, H., Sato, T., Aiba, A. and Hatakeyama, M.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 7 Pages: 12887
  • DOI: 10.1038/ncomms12887
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impact of structural polymorphism for the Helicobacter pylori CagA oncoprotein on binding to polarity-regulating kinase PAR1b. (2016)
  • Author(s): Nishikawa, H., Hayashi, T., Arisaka, F., Senda, T., Hatakeyama, M.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: 30031
  • DOI: 10.1038/srep30031
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Csk-mediated EPIYA phosphorylation of Pragmin creates a feed-forward Csk activation loop that promotes cell motility. (2016)
  • Author(s): Senda, Y., Murata-Kamiya, N. and Hatakeyama, M.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 107 Pages: 972-980
  • DOI: 10.1111/cas.12962
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Helicobacter pylori induces IL-1β protein through the inflammasome activation in differentiated macrophagic cells. (2016)
  • Author(s): Kameoka, S., Kameyama, T., Hayashi, T., Sato, S., Ohnishi, N., Hayashi, T., Murata-Kamiya, N., Higashi, H., Hatakeyama, M. and Takaoka, A.
  • Journal Title: Biomed. Res. Volume: 37 Pages: 21-27
  • DOI: 10.2220/biomedres.37.21
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Use of multiple cryoprotectants to improve diffraction quality from protein crystals. (2016)
  • Author(s): Senda, M., Hayashi, T., Hatakeyama, M., Takeuchi, K., Sasaki, A. and Senda, T.
  • Journal Title: Cryst. Growth Des. Volume: 16 Pages: 1565-1571
  • DOI: 10.1021/acs.cgd.5b01692
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Host SHP1 phosphatase antagonizes Helicobacter pylori CagA and can be downregulated by Epstein-Barr virus. (2016)
  • Author(s): Saju, P., Murata-Kamiya, N., Hayashi, T., Senda, Y., Nagase, L., Noda, S., Matsusaka, K., Funata, S., Kunita, A., Urabe, M., Seto, Y., Fukayama, M., Kaneda, A. and Hatakeyama, M.
  • Journal Title: Nat. Microbiol. Volume: 1 Pages: 16026
  • DOI: 10.1038/nmicrobiol.2016.26
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Determination of the catalytic activity of LEOPARD syndrome-associated SHP2 mutants toward parafibromin, a bona fide SHP2 substrate involved in Wnt signaling. (2016)
  • Author(s): Noda, S., Takahashi, A., Hayashi, T., Tanuma, S. and Hatakeyama, M.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 469 Pages: 1133-1139
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.12.117
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Exosomes as nanocarriers for systemic delivery of the Helicobacter pylori virulence factor CagA. (2016)
  • Author(s): Shimoda, A., Ueda, K., Nishiumi, S., Murata-Kamiya, N., Mukai, S., Sawada, S., Azuma, T., Hatakeyama, M. and Akiyoshi, K.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: 18346
  • DOI: 10.1038/srep18346
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Role of the Helicobacter pylori CagA oncoprotein in gastric carcinogenesis (2017)
  • Author(s): 畠山 昌則
  • Organizer: 第８９回日本胃癌学会総会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場、広島市
  • Year and Date: 2017-03-09
  • Invited
• [Presentation] Collabpration between Helicobacter Pylori CagA and Epstein-Barr virus in gastric carcinogenesis (2017)
  • Author(s): Hatakeyama,M.
  • Organizer: 19th International Conference on Emerging Infectious Diseases in the Pacific Rim
  • Place of Presentation: Novotel Ambassador Hotel SoulGangnam,Seoul
  • Year and Date: 2017-02-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Wnt,Hedgehog,Notch シグナルを細胞内で統合制御する機構 (2017)
  • Author(s): 畠山 昌則
  • Organizer: 北海道大学遺伝子病制御研究所セミナー
  • Place of Presentation: 北海道大学遺伝子病制御研究所、札幌市
  • Year and Date: 2017-01-20
  • Invited
• [Presentation] ピロリ菌感染を基盤とする胃癌発症機構 (2016)
  • Author(s): 畠山 昌則
  • Organizer: 日本消化器学会関東支部第342回例会
  • Place of Presentation: 海運ビル、千代田区
  • Year and Date: 2016-12-03
  • Invited
• [Presentation] Parafibromin,a substrate of SHP2,is a transcriptional platform that integrates morphogen signling pathways (2016)
  • Author(s): Hatakeyama,M.
  • Organizer: 12th International Conference on Protein Phosphatase
  • Place of Presentation: 近畿大学、東大阪市
  • Year and Date: 2016-10-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ピロリ菌による胃発がん機構とその予防的介入 (2016)
  • Author(s): 畠山 昌則
  • Organizer: 翻訳語修飾プロテオミクス医療研究拠点の形成 第７回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜情報文化センター・情文ホール、横浜市
  • Year and Date: 2016-10-26
  • Invited
• [Presentation] Inactivation of the Helicobacter Pylori CagA oncoprotein-A potential Strategy for prevention of gastric cancer- (2016)
  • Author(s): Hatakeyama,M.
  • Organizer: The 75th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association,Symposium
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜、横浜市
  • Year and Date: 2016-10-07
  • Invited
• [Presentation] SHP1ホスファターゼを介したピロリ菌CagAの発がん抑制活性とEBウイルスによるその解除 (2016)
  • Author(s): 畠山 昌則
  • Organizer: 第８９回日本生化学会大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 仙台国際センター、仙台市
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Invited
• [Presentation] Collabpration between Helicobacter Pylori CagA and EBV in GAStric carcinogenesis (2016)
  • Author(s): Hatakeyama,M.
  • Organizer: XXIXth International Workshop on the European Helicobacter & Microbiota in Inflammation and Cancer
  • Place of Presentation: Magdeburg,Germany
  • Year and Date: 2016-09-16
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] SHP1 links Helicobacter Pylori and Epstein-Barr Virus in gastric carcinogensis (2016)
  • Author(s): Hatakeyama,M.
  • Organizer: The 15th Awaji International Forum of Infection and Immunity
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場、淡路市
  • Year and Date: 2016-09-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Oncpgenic collabptration between Helicobacter Pylori and Epstein-Barrvirus in gastric carcinogenesis (2016)
  • Author(s): Hatakeyama,M.
  • Organizer: Singapore Gastric Cancer Consortium 9th Annual Scientific Meeting
  • Place of Presentation: NUHS Auditorium,Singapore
  • Year and Date: 2016-07-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ピロリ菌がんタンパク質CagAによる胃発がん機構 (2016)
  • Author(s): 畠山 昌則
  • Organizer: 第27回三河感染・免疫研究会
  • Place of Presentation: ホテルアソシア豊橋、豊橋市
  • Year and Date: 2016-07-16
  • Invited
• [Presentation] ピロリ菌がんタンパク質CagA～「胃がん」から「全身病へ」～」 (2016)
  • Author(s): 畠山 昌則
  • Organizer: 島根大学医学部セミナー
  • Place of Presentation: 島根大学医学部、出雲市
  • Year and Date: 2016-07-05
  • Invited
• [Book] Helicobacter pylori (2016)
  • Author(s): Senda, S. and Hatakeyama, M.
  • Total Pages: 15ページ（33-47）
  • Publisher: Springer