2018 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism of Hit-and-Run oncogenesis by the Helicobacter pylori CagA oncoprotein
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16H06373
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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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)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 胃がん / ヘリコバクター・ピロリ菌 / CagA / がん微小環境 / DNA不安定性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.ピロリ菌がんタンパク質CagAを誘導発現するトランスジェニックマウスの作製
CagAを全身性あるいは胃消化管粘膜特異的に誘導発現させるため、β-actin (CAG)プロモーターとcagA遺伝子間にloxP-STOP-loxP (LSL) カセットを挿入した発現ユニットをROSA26遺伝子座に導入したマウス(ROSA-CAG-LSL-cagA)を作成し、このROSA-CAG-LSL-cagAマウスとCAG-CreERマウスあるいは胃粘膜特異的なCreER発現マウスとの交配を通して、コンパウンドマウス樹立に成功した。現在、これらCagA誘導発現マウスに種々のタイミングでピロリ菌CagAを発現させ、消化管粘膜を中心に病変の発症を継時的に観察している。
2. ピロリ菌CagAによるゲノム不安定性の誘導
ピロリ菌CagAの発現と宿主細胞ゲノム安定性の関連を検討したところ、CagA発現によりゲノムDNAの二本鎖切断(DSB)が誘導されることが判明した。さらに、このDSBがCagAによるPAR1bのキナーゼ活性不活化により惹起されることが明らかになった。そこでPAR1bリン酸化基質候補分子の網羅的探索を行ったところ、DNA複製フォークの安定性維持に重要な役割を担う分子Xが同定された。複製フォークの不安定化は直接二本鎖DNA切断につながることから、CagAを介したPAR1b不活化によるこの分子Xの機能障害が DSB誘発の直接原因と考えられた。CagA発現により誘導されたDSBは、相同組み替えではなく変異を生じやすい非相同末端結合(NHEJ)を介した機構により効率よく修復されるため、S/G2/M期停止することなく細胞周期回転が進行することも判明した。
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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
ピロリ菌感染を起点とする胃がんの「Hit-and-Run」発がん成立には、がん発症のプロセスの初期過程を推進するピロリ菌由来ドライバー と考えられるCagAの機能的役割が、時とともに宿主細胞側のゲノムないしエピゲノム変異に代償されていくプロセスが必要と考えられる。H３０年度 (2018) 年度の研究成果から、CagAがPAR1b不活化を介してゲノム不安定性を誘導することが明らかとなった。この成果は、本研究の最大の目的である「Hit-and-Run発がん」の分子機構解明に大きく迫る重要かつ本質的な発見であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
胃上皮細胞内に侵入したピロリ菌CagAはPAR1bと複合体を形成することでそのキナーゼ活性を抑制する。PAR1bは元来細胞極性に関わるキナーゼとして単離されたが、これまでの研究から、1) ピロリ菌CagAが宿主細胞ゲノムの二本鎖DNA切断を誘発すること、2) このゲノム傷害活性はCagAによるPAR1bのキナーゼ活性抑制に依存すること、を見出した。これは、ピロリ菌CagAが宿主細胞にゲノム不安定性を誘導するという驚くべき発見であり、「Hit-and-Run発がん」の鍵を握る CagA依存的なプロセスからCagA依存的なプロセスへの移行が、 CagAにより誘発されるゲノム不安定性を基盤として引き起こされる可能性がきわめて高まった。今後の研究では、CagA-PAR1b相互作用が標的とする二本鎖DNA切断誘導分子を同定するとともに、がん前駆細胞のCagA依存性からの脱却ならびにその後のピロリ菌非依存的な細胞がん化に関わるゲノム・エピゲノム変異の同定を目指す。この解析に強力な武器となる条件依存的CagA誘導マウスなど各種ゲノム改変マウスは既に作成済みである。
一方、昨年度までの研究によりPAR1bが細胞密度の増大などで活性化されるHippoシグナルを制御するキナーゼとして働くことも明らかになった。この結果は、CagAによるPAR1b の不活化が、生理的なHippoシグナル制御機構を破綻させることを示している。Hippoシグナルはこれまで発がんに対して抑制的に働くと考えられてきたが、より最近の研究からHippoシグナル活性化が個体レベルでの発がんに対してむしろ有利に働くことも示されている。従って、Hippoシグナルとがんとの関連は文脈依存的であり、今後の研究でCagA-PAR1b複合体形成が引き起こすHippoシグナル制御異常と胃がん発症との関連も解明したい。
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[Journal Article] Metagenomic and metabolimic analyses reveal distinct stage-specific phenotypes of the gut microbiota in colorectal cancer.2019
Author(s)
Yachida, Y., Mizutani, S., Shiroma, H., Hatakeyama, M., Nakagama, H., Saito, Y., Fukuda, S., Shibata, T. and Yamada, T.
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Journal Title
Nature Medicine
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
Peer Reviewed
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[Journal Article] Evaluating the origin and virulence of a Helicobacter pylori cagA-positive strain isolated from a non-human primate.2018
Author(s)
Hashi, K., Imai, C., Yahara, K., Azuma, T., Hayashi, T., Miyabe-Nishiwaki, T., Tahmina, K., Sato, H., Matsuoka, M., Niimi, S., Munehiro Okamoto, M. and Hatakeyama, M.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 8
Pages: 15981
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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