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2018 Fiscal Year Research-status Report

Studies on intracellular and extracellular pathways involved in drug-induced pulmonary fibrosis

Research Project

Project/Area Number 18K06749
Research InstitutionHiroshima University

Principal Investigator

湯元 良子  広島大学, 医歯薬保健学研究科(薬), 准教授 (70379915)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords薬学 / 薬剤性肺障害 / 上皮間葉転換 / 細胞周期停止 / サイトカイン / TGF-β1
Outline of Annual Research Achievements

薬剤性肺障害、特に肺線維症の致死率は高く、極めて重篤な障害であるが、その発症機構を細胞・分子レベルで解析した報告は乏しい。我々はこれまで、肺胞上皮II型細胞の形質を持つヒト由来A549細胞などを薬剤処置することによってtransforming growth factor (TGF)-β1と類似した筋線維芽細胞への形質転換 (epithelial mesenchymal transition : EMT) 様変化が起こることなどを見出した。本研究ではA549細胞を用い、薬剤処置による細胞内経路を介したEMT誘発と細胞外分泌因子が関与するEMT誘発経路の両面から解析を進め、以下のような結果を得た。
1.肺障害性を有する抗がん剤メトトレキサート (MTX)、ブレオマイシン (BLM)、パクリタキセル (PTX)でA549細胞を処置した。フローサイトメトリーを用いてGatingした結果、MTXは細胞周期をS期に停止させ、BLMおよびPTXはG2/M期に停止させ、いずれの処置においてもα-SMAタンパク質の発現はG1期に比較して、S期およびG2/M期で顕著な増加が認められた。
2.チミジン (THY) あるいはノコダゾール (NOC) で細胞周期をS期あるいはM期に同調させたA549細胞にTGF-β1および上記薬剤を処置したところ、THYおよびNOC単独処置によって有意に上昇したα-SMAタンパク質の発現は、TGF-β1処置によってさらに増強された。一方、いずれの抗がん剤もTHYおよびNOCによるα-SMAタンパク質の発現上昇を亢進させなかった。
3.MTX処置したA549細胞において培養液中へのIL-6の分泌量は経時的に増加した。さらに葉酸共存によってIL-6の分泌量は有意に減少し、MTXによるEMTもほぼ完全に抑制された。
従って、細胞周期の停止およびIL-6が薬剤誘発性EMTに深く関与する可能性が示された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

当初の計画通り、細胞内経路を介したEMT誘発にはS期およびG2/M期での細胞周期の停止が関与していること、また細胞外分泌因子としてはIL-6がEMT誘発に関与していることを明らかにした。しかし、細胞周期に関する検討に時間を要したため、転写因子であるactivating transcription factor 3 (ATF3)遺伝子の発現変動とEMT誘発の関連性に関しては、次年度以降に行う予定である。

Strategy for Future Research Activity

1. 肺障害性薬剤およびTGF-β1で処置したA549細胞における転写因子であるactivating transcription factor 3 (ATF3)遺伝子の発現変動を測定し、α-SMAの発現変動との相関性について考察する。さらにヘテロな集団と考えられるA549細胞を限界希釈法で培養し、ATF3の薬剤応答性が安定して高いA549/ATF3細胞をクローニングし、さらにその細胞からATF3 knockout A549細胞を作出する。これら細胞を用い、令和2年度以降に肺障害性薬剤およびTGF-β1のEMT誘発効果に対するATF3 knockoutの影響について検討し、ATF3発現とEMT誘発の関連性を明らかにする。
2. MTX処置48、72、144時間後における細胞から分泌されたIL-6の濃度を測定し、それらの濃度のIL-6を未処置細胞に添加することによって、EMTが誘発されるか否か検証する。
3.  肺線維症モデル動物(ラットおよびマウス)を作製するため、BLM 、MTX、PTXの至適投与方法を決定する。肺線維症モデル動物の肺組織あるいは単離した肺胞上皮II型細胞からtotal RNAを抽出し、マイクロアレイ解析することによって、肺線維症発症による遺伝子発現変動が、EMT誘発培養細胞と同様にin vivoでも観察されるか否か検討する。さらに、モデル動物のBALF中サイトカインをELISAで定量し、EMT誘発培養細胞から分泌された因子と比較する。
以上の検討により、肺障害性薬剤による肺線維症誘発に関わる分子機構を細胞内経路、細胞外経路の両面から解明するとともに、それに基づき新たな予防法や治療戦略を考察する。

Causes of Carryover

研究はおおむね順調に進展しているが、細胞周期とEMTの関連解析に時間を要したため、今年度の実験計画のうち、ATF3 knockout A549細胞の作出および肺線維症モデル動物の作出を次年度に移行させ、そのための研究費を次年度に繰り越した。

  • Research Products

    (14 results)

All 2018

All Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 4 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results)

  • [Journal Article] Folic acid prevents methotrexate-induced epithelial-mesenchymal transition via suppression of secreted factors from the human alveolar epithelial cell line A5492018

    • Author(s)
      Kawami, M., Harabayashi, R., Harada, R., Yamagami, R., Yumoto, R. and Takano, M.
    • Journal Title

      Biochem. Biophys. Res. Commun.

      Volume: 497 Pages: 457-463

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.02.111

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] P-gp modulating effect of Azadirachta indica extract in multidrug-resistant cancer cell lines2018

    • Author(s)
      Kawami, M., Yamada, Y., Issarachot, O., Junyaprasert, V. B., Yumoto, R., Takano, M.
    • Journal Title

      Pharmazie

      Volume: 73 Pages: 104-109

    • DOI

      10.1691/ph.2018.7116.

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Transport of AOPP-albumin into human alveolar epithelial A549 cells2018

    • Author(s)
      Kawami, M., Shimonakamura, T., Yumoto, R. and Takano, M.
    • Journal Title

      J. Pharm. Pharm. Sci.

      Volume: 21 Pages: 247-255

    • DOI

      10.18433/jpps29905

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Functional expression of breast cancer resistance protein and cholesterol effect in human erythrocyte membranes2018

    • Author(s)
      Takano, M., Higashi, M., Ito, H., Toyota, S., Hirabayashi, Y. and Yumoto, R.
    • Journal Title

      Pharmazie

      Volume: 73 Pages: 700-705

    • DOI

      10.1691/ph.2018.7116

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] A novel concept of nicotine transport across the cell membranes in human lung- and non-lung-derived culture cells2018

    • Author(s)
      Ryoko Yumoto, Hidetaka Kamei, Masashi Kawami and Mikihisa Takano
    • Organizer
      The 8th annual Meet the Experts Transporter conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Role of plasminogen activator inhibitor-1 in methotrexate-induced epithelial-mesenchymal transition in cultured human alveolar epithelial A549 cells2018

    • Author(s)
      Yohei Yamagami、Ryoko Yumoto, Masashi Kawami, Mikihisa Takano
    • Organizer
      2018 MDO/33nd JSSX Annual Meeting in Kanazawa
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Role of miR-34a and p53 pathway in drug-induced epithelial-mesenchymal transition in alveolar epithelial cells2018

    • Author(s)
      Ayano Yamamoto, Masashi Kawami, Ryoko Yumoto, Mikihisa Takano
    • Organizer
      2018 MDO/33nd JSSX Annual Meeting in Kanazawa
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Search for the compound preventing drug-induced epithelial-mesenchymal transition and its mechanism in alveolar epithelial RLE/Abca3 cells2018

    • Author(s)
      Masashi Kawami, Takamichi Ojima, Risako Harada, Ryoko Yumoto, Mikihisa Takano
    • Organizer
      2018 MDO/33nd JSSX Annual Meeting in Kanazawa
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Study on association of drug-induced cell cycle arrest with epithelial-mesenchymal transition in A549 cells2018

    • Author(s)
      Shunsuke Senoo, Junya Deguchi, Ryoko Yumoto, Mikihisa Takano
    • Organizer
      2018 MDO/33nd JSSX Annual Meeting in KanazawaThe 1st Workshop of The Research Center for Drug Development and Biomarker Discovery
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 肺障害性薬物による肺胞上皮細胞の上皮間葉転換とmiRNAの関連解析2018

    • Author(s)
      川見昌史、山本彩乃、湯元良子、高野幹久
    • Organizer
      日本薬剤学会第33年会
  • [Presentation] 肺胞上皮細胞におけるメトトレキサート誘発性上皮間葉転換に対する葉酸代謝機構の影響解析2018

    • Author(s)
      原拓也、本田奈津子、湯元良子、川見昌史、高野幹久
    • Organizer
      第57回日本薬学会中国四国支部学術大会
  • [Presentation] In 肺胞上皮細胞におけるメトトレキサート誘発性上皮間葉転換に対する葉酸代謝機構の影響解析2018

    • Author(s)
      小島崇路、原田梨紗子、湯元良子、川見昌史、高野幹久
    • Organizer
      第57回日本薬学会中国四国支部学術大会
  • [Presentation] In vitro study on secreted factors associated with drug-induced epithelial-mesenchymal transition in A549 cells2018

    • Author(s)
      Masashi Kawami, Yohei Yamagami, Risako Harada, Takamichi Ojima, Ryoko Yumoto, Mikihisa Takano
    • Organizer
      The 1st Workshop of The Research Center for Drug Development and Biomarker Discovery
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 肺胞上皮細胞に対するメトトレキサートの抗がん効果と上皮間葉転換誘発作用の関連解析2018

    • Author(s)
      川見昌史、原田梨紗子、小島崇路、湯元良子、高野幹久
    • Organizer
      日本薬学会第139年会

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Published: 2019-12-27  

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