2018 Fiscal Year Research-status Report
局所代謝を反映した微小管修飾による化学治療抵抗性獲得機構の解明
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17K19614
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
山本 雄広 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (50383774)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | 解糖系 / 翻訳後修飾 / 細胞骨格 / 抗がん剤耐性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
微小環境における代謝制御が、転写因子等の修飾変化を介したエピゲノム編集など細胞機能に与える影響の重要性が認識され始めている。しかしながら、現状では細胞内局所における代謝物分布や代謝経路の活性化動態を捕えることは難しく、どのように制御されているかという包括的な研究は為されてこなかった。本研究では翻訳後修飾を介した微小管と解糖系酵素との相互作用機構に着目し、局所エネルギー代謝制御に起因する細胞骨格の再編成（ダイナミクス）の機序を解明し、がん細胞の化学治療抵抗性獲得のメカニズムを明らかにすることを目指す。
昨年度は、乳がん細胞株MDA-MB-231細胞を用いて有糸分裂阻害剤であるパクリタキセル（Ptx）に対する耐性株を樹立するなど本研究におけるツールの作出を当初の予定通り達成できた。
2年目である今年度は、安定同位体標識グルコースを用いた追跡実験により、耐性株と対照株の間でのエネルギー代謝動態を比較し代謝特性の違いを明らかにした。すなわち、Ptx耐性株では解糖系が亢進していると共に解糖系から分岐するセリンの生合成系が活性化され、グルコース由来の炭素骨格が含硫アミノ酸代謝に利用されるという極めてユニークな特徴を持つことが明らかになった。また、この際、セリン生合成に関与する３酵素（PHGDH、PSAT1、PSPH）の発現レベルも亢進しており、このような代謝リモデリングは上記代謝酵素遺伝子の発現上昇によってもたらされることが明らかとなった。
最終年度はこのような代謝リモデリングに人為的な介入（具体的には修飾部位に対する変異体や過剰発現株を想定）を試みることでPtxに対する化学治療抵抗性を解除もしくは緩和できるかを検討する。
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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
今年度はパクリタキセル（Ptx）耐性獲得時における代謝リモデリングを捕えるために代謝解析を中心に進めてきた。その結果、乳がんPtx耐性株では対照群に比べ、セリン生合成経路が活性化しているという代謝特性を見出した。初年度の研究から、耐性株では解糖系の活性化が示唆されていたが、上記の特性は当初の想定外である。セリン生合成系代謝は核酸の合成材料の供給、ROSの軽減、含硫化合物代謝に重要な代謝系であり、この代謝系を人為的に介入することで薬剤感受性を亢進させ得る可能性があるものと考えられる。
これらの理由から当初の研究通りに進んでいると共に、予想外の進展を見せているものと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
この2年間で明らかにした、Ptx耐性株における微小管や代謝酵素群の修飾レベルや代謝特性の差異を元に、次年度は①セリン生合成系を亢進または阻害した場合、②微小管修飾を人為的に操作した場合、③微小管と解糖系酵素との相互作用を攪乱した場合、各々におけるPtx感受性を調べ、化学治療性獲得における分子メカニズムを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本年度の使用額は概ね計画通りであるが、昨年度からの繰り越し分が存在したため次年度の使用額が生じた。最終年度である次年度では主に、薬剤耐性獲得時の標的となりうる代謝酵素遺伝子の発現量を操作するための遺伝子工学試薬、作成した細胞株における代謝動態を測定するための試薬、遺伝子操作した細胞の増殖能をin vivoで評価するための実験動物費として使用する計画である。
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[Journal Article] Biochemical, metabolomic, and genetic analyses of dephospho coenzyme A kinase involved in coenzyme A biosynthesis in the human enteric parasite Entamoeba histolytica.2018
Author(s)
Nurkanto A, Jeelani G, Yamamoto T, Hishiki T, Naito Y, Suematsu M, Hashimoto T, Nozaki T
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Journal Title
Frontiers in Microbiology, section Infectious Diseases
Volume: 9
Pages: 2902
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Gold-nanofeve surface-enhanced Raman spectroscopy visualizes hypotaurine as a robust anti-oxidant consumed in cancer survival.2018
Author(s)
Shiota M, Naya M, Yamamoto T, Hishiki T, Tani T, Takahashi H, Kubo A, Koike D, Itoh M, Ohmura M, Kabe Y, Sugiura Y, Hiraoka N, Morikawa T, Takubo K, Suina K, Nagashima H, Sampetrean O, Nagano O, Saya H, Yamazoe S, Watanabe H, Suematsu M
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 9
Pages: 1561
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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