2017 Fiscal Year Research-status Report
Toward understanding of molecular mechanism underlies adaptive DNA checkpoint system that promotes tumorigenesis
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17K07284
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
古谷 寛治 京都大学, 放射線生物研究センター, 講師 (90455204)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞周期 / DNA損傷 / がん |
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| Outline of Annual Research Achievements |
がん細胞は非常に強い増殖能を持った細胞であり、この増殖能を生み出す原因の一つとしてPLK1と呼ばれるリン酸化酵素の機能が、がん細胞において亢進することがこれまでに示されてきた。本研究では、PLK1が、がん細胞のゲノムDNA損傷ストレス下での生育を促進する仕組みの理解をPLK1とその標的因子として申請者が候補として同定したRAD9との相互関係から明らかにすることを目的とした。代表者は、すでにヒト細胞において分裂期促進キナーゼPLK1が、このDNA損傷の感知機構として働くRAD9タンパク質をリン酸化し、DNA損傷部位から解離させる働きをすることを明らかにしていた。本年度は、その意義が細胞がDNA損傷を受けた際に細胞増殖のDNA複製の過程、とりわけ複製開始のタイミングと複製装置の進行の遅延がおこらないようにするためであることを複製DNAファイバーアッセイ等の一分子解析から明らかにした。すなわちPLK1が働くことで細胞がDNA複製の際にDNA損傷を認識しにくくなると考えられた。また、PLK1が高発現したがん細胞ではこのPLK1に依存したDNA損傷の感知機構の抑制機構が働き、ゲノム損傷に曝された中でも増殖が促進されることも予想され、がん細胞の特有の性質である、DNA損傷を受け、変異を蓄積しながらも増殖を続ける、ということを説明できる知見であった。この成果はeLife誌に投稿し受理され、公開された。さらにバイオインフォマティクス的手法を用いることで明らかにすることで、がん細胞にはPLK1に増殖が依存しているものとそうでないものがあること、また、PLK1の転写の亢進とともにRAD9の転写も亢進すること、また、その際にタンパク質分解促進の経路が相関して亢進することを明らかにした。現在はこれらの異なるPLK1の発現を示す株間での制御系の違いを解析中である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の中心として据えたPLK1とRAD9の相互作用により、ゲノムDNA損傷ストレスに曝された際に本来停止するべき細胞増殖を促進させること、そしてその仕組みを明らかにした。DNA複製のうち、開始と複製装置の進行がPLK1の亢進により促進されていた。本研究ではこの仕組みを解明する上でDNA複製の速度を定量的に解析する系を取り入れ、樹立した。一連の知見は国際誌であるeLife誌に投稿し、報告でき、この点で大きな成果と考えられる。また、ゲノムDNA複製の異常はがん細胞が遺伝子変異を蓄積する最も重要な過程であり、がんの悪性度を見定める上で鍵となる手法ともなる。したがって、現在バイオインフォマティクス的手法により解析を進めている、PLK1-RAD9の系が亢進した種々のがん細胞での細胞増殖を定量的に見定める手法ともなる。また、PLK1-RAD9の系が亢進したがん細胞においてはある種のタンパク質分解の経路が亢進していることを見出した。本研究課題においてはがん細胞がゲノムDNA損傷ストレスに適応能力を獲得する仕組みの理解を目指しており、このバイオインフォマティクス的知見の発展的展開が鍵となる。現在ノックダウンや大量発現系など分子生物学的手法も含めて用い、同定したタンパク質分解の経路がPLK1-RAD9を亢進する際に果たす役割を解析中であり、これら一連の知見により、がん化におけるDNA損傷ストレス応答の変化の当初予定していたよりもより具体的な分子詳細、仕組みが明らかになると期待している。
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| Strategy for Future Research Activity |
がん細胞増殖を促す際がPLK1がRAD9に作用する仕組み、そしてその生理的意義の理解は、特異性の高い創薬につながるだけでなく、がん細胞が増殖能力を獲得する際に取る基本戦略の理解につながると考えられる。ゲノムDNA損傷ストレス耐性がDNA複製の際に見られるという知見は、PLK1が亢進したがん細胞の殺傷にPLK1阻害剤とともにDNA複製特異的な損傷を与える薬剤を併用することが効果的であると予想できる。また、PLK1-RAD9経路が亢進し、DNA複製損傷ストレス耐性を獲得したがん細胞において、特定のタンパク質分解経路が関わるという我々の知見を発展させることで、なぜ特定のがんでのみPLK1を介したシグナル経路が使われるのかといったことにも踏み込めると考えている。これらの経路がどのように相関しあい、がん細胞がDNA損傷ストレスに対する耐性を獲得するかを、よりダイレクトに検証する系の構築が重要と考えられる。PLK1に依存したがん化を引き起こす系は現在構築しつつあり、この系において同定した経路が果たす役割を検討中である。また、当初計画していた生化学的手法も並行して進めることでも、より詳細な分子機構を明らかにする予定である。
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| Causes of Carryover |
論文投稿に必要であった実験であるDNAファイバー解析の遂行、また、バイオインフォマティクス解析などの実験が進み、比較的低コストに抑えながらも、成果を上げることができた。その分を今年度の生化学、分子生物学的実験へと回すことが可能となり、当初予定していたRAD9-PLK1だけでなく、より広い範囲の因子を標的とする実験系を計画予定である。
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| Remarks |
本研究成果は学内HP（京都大学、京都大学大学院生命科学研究科に対してもリンクを貼り公開）にて公開した。また、プレスリリースの結果、京都新聞朝刊(12月20日）、関西テレビ「みんなのニュース」(12月19日夕方）にて紹介された。
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