The role of ER stress and PERK for chronic liver injury and hepatocarcinogenesis

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K08007
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 日浅 陽一 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (70314961)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: PERK / Protein kinase R (PKR) / ERストレス / 肝細胞がん / MAPKシグナル / c-Fos / c-Jun / eIF2-alpha

Outline of Annual Research Achievements

PKR-like endoplasmic reticulum kinase (PERK)はprotein kinase R (PKR)と同様にeIF2-alphaを下流シグナルとして共有し、ERストレスに活性化される。近年、脂肪肝やアルコールによる肝発がんが増加しているが、その原因としてERストレスが注目されている。PKRの過剰発現が肝細胞がんの進展に関わるが、PERKの肝細胞がんにおける役割は不明である。本研究ではERストレスとPERKの肝細胞がんへの関連を明らかにすることを研究の目的とする。
令和元年度はヒト肝組織を用いて非がん部のPERKの発現と臨床背景を比較した。その結果PERK mRNAが増加していた症例ではプロトロンビン時間の延長、ビリルビンの上昇、Fib-4 indexの増加がみられ、肝予備能低下および肝線維化進行例でPERKの発現亢進がみられた。また、同一症例の肝細胞がん部と非がん部の肝組織中のPERK発現をみたところ、がん部においてPERK mRNAおよびPERK蛋白の発現増加がみられた。活性体であるリン酸化PERKの発現もがん部で増加しており、肝細胞癌においてPERKの発現亢進と活性化が明らかとなった。肝細胞がんで高発現しているPKRはその下流分子であるMAPKシグナル、特にc-Fos, c-Junを活性化し肝細胞がんの増殖を促進する。PERKもPKRと下流分子が同一であることから、同様の機序が想定される。本年度はPERKの発現をsiRNA、PERK発現plasmidにより変化させうるか検討し、効果的なup-regulation, down-regulationが可能であることを確認した。今後、これらの実験系を用いて、肝細胞がんで高発現するPERKによって変化する下流分子について検討する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度はヒト肝細胞がんおよびその周囲組織を用いてPERKの発現を評価するとともに、PERK高発現症例の臨床背景について検討を行った。PERKの発現はreal-time RT-PCR, Western blottingを用いて評価した。
その結果、非がん部のPERKの発現をみたところ、PERK mRNA高発現群では低発現群に比べ血清中のプロトロンビン時間の延長、ビリルビンの上昇、Fib-4 indexの上昇がみられた。
また同一症例の肝細胞がん部、非がん部からmRNA, 蛋白を抽出し、比較検討したところ、がん部では同一症例の非がん部よりもPERKのmRNA、蛋白発現の増加がみられた。活性体であるリン酸化PERKの発現もがん部で増加していた。以上から、肝細胞がん部では非がん部と比較しPERKの発現亢進およぴ活性化していることが明らかとなった。
また、がん部で活性化しているPERKが肝細胞がんの増殖にどのような影響を与えるかを検討するために、肝がん細胞株であるHuh7を用いて、PERK siRNA、PERK発現プラスミドをtransfectionしたところ、PERK mRNA、PERK蛋白が相応して増減することを確認した。またERストレスとの関連をみるためにTunicamycinを用いてERストレスを誘導したところ、Tunicamycin投与によりPERK mRNA、PERK蛋白の増加がみられた。今後これらの実験系を用いてPERK下流の細胞内分子の変化について検討を行う。

Strategy for Future Research Activity

申請者はこれまでに肝細胞がん組織で高発現するPKRについて、下流のc-Fos、c-Junの活性化によりMAPKシグナルを介して肝細胞がんの増殖に関与していることを報告した。しかし、下流にeIF2-alphaをPKRと共有し、原因不明の肝細胞がんへの関与が示唆されているERストレスと関連するPERKについて、肝細胞がんへの影響については不明である。
本年度のヒト臨床検体を用いた研究成果により、PERKは肝細胞がん部において、非がん部と比較してPERKの発現が亢進していることが明らかとなった。今後、肝がん細胞株を用いてPERK 発現の増減により変化する下流分子の同定を試みる。また、PKRと関連したc-Fos、c-JunなどMAPKシグナルへの影響についてみる。さらに、PERKと連動する細胞内がん関連分子について網羅的に解析し、その同定と肝がんとの関連を評価し、治療標的になり得るか検討する。PERKはオートファジー、アポトーシスにも関わっていることが報告されており、ERストレスなど肝細胞の様々なストレスにおける恒常性維持、肝細胞発がん、がん細胞増殖への役割について解析する。

Research Products

• [Journal Article] Zinc deficiency as an independent prognostic factor for patients with early hepatocellular carcinoma due to hepatitis virus. (2020)
  • Author(s): Hiraoka A, Nagamatsu K, Izumoto H, Adachi T, Yoshino T, Tsuruta M, Aibiki T, Okudaira T, Yamago H, Iwasaki R, Suga Y, Mori K, Miyata H, Tsubouchi E, Ninomiya T, Kawasaki H, Hirooka M, Matsuura B, Abe M, Hiasa Y, Michitaka K.
  • Journal Title: Hepatol Res. Volume: 50 Pages: 92-100
  • DOI: 10.1111/hepr.13430.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Safety and efficacy of lenvatinib in elderly patients with unresectable hepatocellular carcinoma: A multicenter analysis with propensity score matching. (2020)
  • Author(s): Tada T, Kumada T, Hiraoka A, Michitaka K, Atsukawa M, Hirooka M, Tsuji K, Ishikawa T, Takaguchi K, Kariyama K, Itobayashi E, Tajiri K, Shimada N, Shibata H, Ochi H, Toyoda H, Nouso K, Tsutsui A, Nagano T, Itokawa N, Hayama K, Imai M, Joko K, Koizumi Y, Hiasa Y.
  • Journal Title: Hepatol Res. Volume: 50 Pages: 75-83
  • DOI: 10.1111/hepr.13427.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Post-Progression Treatment Eligibility of Unresectable Hepatocellular Carcinoma Patients Treated with Lenvatinib. (2020)
  • Author(s): Hiraoka A, Kumada T, Fukunishi S, Atsukawa M, Hirooka M, Tsuji K, Ishikawa T, Takaguchi K, Kariyama K, Itobayashi E, Tajiri K, Shimada N, Shibata H, Ochi H, Tada T, Toyoda H, Yokohama K, Nouso K, Tsutsui A, Nagano T, Itokawa N, Hayama K, Arai T, Imai M, Joko K, Koizumi Y, Hiasa Y, Michitaka K, Kudo M.
  • Journal Title: Liver Cancer Volume: 9 Pages: 73-83
  • DOI: 10.1159/000503031.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stimulated Hepatic Stellate Cell Promotes Progression of Hepatocellular Carcinoma Due to Protein Kinase R Activation. (2019)
  • Author(s): Imai Y, Yoshida O, Watanabe T, Yukimoto A, Koizumi Y, Ikeda Y, Tokumoto Y, Hirooka M, Abe M, Hiasa Y.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 14 Pages: e0212589
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0212589.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of albumin-bilirubin grade on survival in patients with hepatocellular carcinoma who received sorafenib: An analysis using time-dependent receiver operating characteristic. (2019)
  • Author(s): Tada T, Kumada T, Toyoda H, Tsuji K, Hiraoka A, Michitaka K, Deguchi A, Ishikawa T, Imai M, Ochi H, Joko K, Shimada N, Tajiri K, Hirooka M, Koizumi Y, Hiasa Y, Tanaka J.
  • Journal Title: J Gastroenterol Hepatol. Volume: 34 Pages: 1066-1073
  • DOI: 10.1111/jgh.14564.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Combination of Resection and Ablative Treatment for Hepatocellular Carcinoma: Usefulness of Complementary Radiofrequency Ablation. (2019)
  • Author(s): Hiraoka A, Hirooka M, Ochi H, Koizumi Y, Izumoto H, Ueki H, Tsuruta M, Ono A, Yoshino T, Aibiki T, Okudaira T, Yamago H, Suga Y, Iwasaki R, Mori K, Miyata H, Kishida M, Tsubouchi E, Abe M, Matsuura B, Ninomiya T, Joko K, Kawasaki H, Hiasa Y, Michitaka K.
  • Journal Title: Oncology Volume: 96 Pages: 242-251
  • DOI: 10.1159/000496225.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prognostic factor of lenvatinib for unresectable hepatocellular carcinoma in real-world conditions-Multicenter analysis. (2019)
  • Author(s): Hiraoka A, Kumada T, Atsukawa M, Hirooka M, Tsuji K, Ishikawa T, Takaguchi K, Kariyama K, Itobayashi E, Tajiri K, Shimada N, Shibata H, Ochi H, Tada T, Toyoda H, Nouso K, Tsutsui A, Nagano T, Itokawa N, Hayama K, Imai M, Joko K, Koizumi Y, Hiasa Y, Michitaka K, Kudo M.
  • Journal Title: Cancer Med. Volume: 8 Pages: 3719-3728
  • DOI: 10.1002/cam4.2241.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Clinical features of lenvatinib for unresectable hepatocellular carcinoma in real-world conditions: Multicenter analysis. (2019)
  • Author(s): Hiraoka A, Kumada T, Kariyama K, Takaguchi K, Atsukawa M, Itobayashi E, Tsuji K, Tajiri K, Hirooka M, Shimada N, Shibata H, Ishikawa T, Ochi H, Tada T, Toyoda H, Nouso K, Tsutsui A, Itokawa N, Imai M, Joko K, Hiasa Y, Michitaka K.
  • Journal Title: Cancer Med. Volume: 8 Pages: 137-146
  • DOI: 10.1002/cam4.1909.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lenvatinib-induced thyroid abnormalities in unresectable hepatocellular carcinoma. (2019)
  • Author(s): Koizumi Y, Hirooka M, Hiraoka A, Ochi H, Tanaka T, Yukimoto A, Imai Y, Watanabe T, Yoshida O, Miyake T, Matsuura B, Michitaka K, Joko K, Abe M, Hiasa Y.
  • Journal Title: Endocr J. Volume: 66 Pages: 787-792
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ19-0140.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Early Relative Change in Hepatic Function with Lenvatinib for Unresectable Hepatocellular Carcinoma. (2019)
  • Author(s): Hiraoka A, Kumada T, Atsukawa M, Hirooka M, Tsuji K, Ishikawa T, Takaguchi K, Kariyama K, Itobayashi E, Tajiri K, Shimada N, Shibata H, Ochi H, Tada T, Toyoda H, Nouso K, Tsutsui A, Nagano T, Itokawa N, Hayama K, Imai M, Joko K, Koizumi Y, Hiasa Y, Michitaka K.
  • Journal Title: Oncology Volume: 97 Pages: 334-340
  • DOI: 10.1159/000502095.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Important Clinical Factors in Sequential Therapy Including Lenvatinib against Unresectable Hepatocellular Carcinoma. (2019)
  • Author(s): Hiraoka A, Kumada T, Atsukawa M, Hirooka M, Tsuji K, Ishikawa T, Takaguchi K, Kariyama K, Itobayashi E, Tajiri K, Shimada N, Shibata H, Ochi H, Tada T, Toyoda H, Nouso K, Tsutsui A, Nagano T, Itokawa N, Hayama K, Imai M, Joko K, Tanaka H, Tamai T, Koizumi Y, Hiasa Y, Michitaka K, Kudo M.
  • Journal Title: Oncology Volume: 97 Pages: 277-285
  • DOI: 10.1159/000501281.
  • Peer Reviewed