Directional migration of cancer cells under metabolic gradients

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 17K07173
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Tumor biology
• Research Institution: Saga University
• Principal Investigator: Takahashi Eiji 佐賀大学, 理工学部, 教授 (30206792)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: がん / 血行性遠隔転移 / 酸素濃度勾配 / pH勾配 / 細胞遊走 / 方向性遊走 / イメージング

Outline of Final Research Achievements

We defined an extracellular metabolic cue that directs cancer cell migration. First, we devised a novel microfluidic device (GCG) that establishes gradients of pH and O2 concentration in the extracellular medium in standard culture dish. We demonstrated that MDA-MB-231 cells under GCG migrate toward higher pH/O2 regions, whereas directional migration was abolished when extracellular pH gradients were eliminated by hepes buffer. Extracellular pH in the bulk medium significantly affected directional migration. In contrast, extracellular O2 concentration gradients did not appear to guide the cells. Finally, we have proposed a model for directional cell migration under macroscopic spatial gradients in extracellular pH.

Free Research Field

生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

がんは日本人の死因の第１位を占めるが、その90%は原発がんではなく、転移したがんによるものであることから、がん転移のコントロールは極めて重要である。われわれは、がん生物学の観点から、血行性遠隔転移の最初のステップ、すなわちがん細胞が局所組織内を浸潤し腫瘍内微小血管に到達するプロセスで、固形がん組織に特有な極めて急峻な組織内代謝物質濃度勾配、とりわけpH勾配が、がん細胞遊走の方向を決め、がん細胞を血管に誘導する因子である可能性をin vitroで示した。この結果は、薬物等により組織内pHを制御することで血行性遠隔転移の確率を低下させ得る可能性を示すものである。