Tumor microenvironment for metastasis and drug resistance proved by advanced macrocyclic peptide technology

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03499
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 松本 邦夫 金沢大学, がん進展制御研究所, 教授 (90201780)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 環状ペプチド / 細胞増殖因子 / チロシンキナーゼ / がん微小環境 / HGF / MET / 高速原子間力顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

HGF（Hepatocyte Growth Factor）によるMET受容体の活性化はがん転移の促進、がんの薬剤耐性獲得、がん幹細胞の浸潤性成長に関与する。HGFはMET活性化能のない前駆体single-chain HGF（scHGF）として正常組織に広く分布・存在する一方、がん細胞表面近傍でtwo-chain HGF（tcHGF）に変換される。したがって、がん微小環境におけるtcHGFの生成はがん転移のニッチ形成や薬剤耐性獲得のカギとなり、tcHGFの特異的な検出や阻害はがんの診断・治療につながると考えられる。しかしながら、tcHGFを選択的かつ高感度に認識する有用な分子は取得されていなかった。私たちは標的分子に対して高い親和性で結合する特殊環状ペプチドを高効率に取得するRaPID（Random Peptide Integrative Discovery）システム（東京大学 菅裕明博士らが確立）を用いて、HGFを阻害する環状ペプチドであるHGF-inhibitory Peptide-8（HiP-8）を取得した。今年度、（1）HiP-8はscHGFには結合せず、tcHGFに特異的に高親和性結合するとともに、tcHGFのMET受容体への結合、すなわちtcHGFによるMET受容体活性化を阻害すること、（2）高速原子間力顕微鏡による解析から、HiP-8はHGFにドッキングすることによってHGFのダイナミックな分子動態を阻害すること、（3）がん患者組織でHiP-8プローブによって検出されるtcHGFの局在は活性化MET（pMET）の局在とよく一致すること、（4）放射性Cuで標識したHiP-8プローブ（64Cu-HiP-8）ならびにヒトがん組織を模倣するヒトHGFノックインマウスを用いたPET解析から、HiP-8はtcHGFならびに活性化METの検出に優れた分子ツールになることを見出した（Sakai et al., Nature Chemical Biology, 2019）。HiP-8はがん転移ニッチの形成やがんの薬剤耐性をもたらすがん微小環境形成のメカニズム解析に有用であるとともに、がん転移や薬剤耐性阻止のための診断・治療につながることが期待される。

Current Status of Research Progress

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

Reason

活性型HGFを特異的に認識・阻害するHiP-8について、化学特性やPET診断への応用の可能性を検証することができたことから、概ね順調に進んでいると判断される。

Strategy for Future Research Activity

HiP-8を従来にない優れた化学特性をもつ分子ツールとして診断・治療の基礎研究に応用することに加え、並行して、がん転移ニッチの形成におけるHGFのプロセッシング、がん転移ニッチ形成におけるHGF-MET系の役割を明らかにする研究を進める。

Research Products

• [Journal Article] Macrocyclic peptide-based inhibition and imaging of hepatocyte growth factor (2019)
  • Author(s): Sakai K, Passioura T, Sato H, Ito K, Furuhashi H, Umitsu M, Takagi J, Kato Y, Mukai H, Warashina S, Zouda M, Watanabe, Yano S, Shibata M, Suga H, Matsumoto K.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 15 Pages: 598-606
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0285-7.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distinct localization of mature HGF from its precursor form in developing and repairing stomach. (2019)
  • Author(s): Jangphattananont N, Sato H, Imamura R, Sakai K, Terakado Y, Murakami K, Barker N, Oshima H, Oshima M, Takagi J, Kato Y, Yano S, Matsumoto K.
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 20 Pages: 2944
  • DOI: 10.3390/ijms20122955.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impaired ligand-dependent MET activation caused by an extracellular SEMA domain missense mutation in lung cancer. (2019)
  • Author(s): Miao W, Sakai K, Sato H, Imamura R, Jangphattananont N, Takagi J, Nishita M, Minami Y, Matsumoto K.
  • Journal Title: Cancer Sciences Volume: 110 Pages: 3340-3349
  • DOI: 10.1111/cas.14142.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] New insights into human endometrial aminopeptidases in both implantation and menstruation (2019)
  • Author(s): Mizutani S, Matsumoto K, Kato Y, Mizutani E, Mizutani H, Iwase A, Shibata K.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta - Proteins & Proteomics Volume: 1868 Pages: 140332
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2019.140332
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] ダイナミックな運動性をもつマルチドメイン蛋白質HGFの高難度結晶化の試み. (2019)
  • Author(s): 中村希，岩佐奈実，川上紗代子，有森貴夫，酒井克也，松本邦夫，高木淳一．
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 環状ペプチドによるHGF阻害と高速原子間力顕微鏡による分子動態計測. (2019)
  • Author(s): 酒井克也，佐藤拓輝，柴田幹大，高木淳一，加藤幸成，向井英司，渡辺恭良，矢野聖二，菅裕明，松本邦夫.
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Specific detection of active HGF for diagnosis reflecting activation status of HGF-MET signaling by macrocyclic peptide. (2019)
  • Author(s): Sato H, Sakai K, Passioura T, Imamura R, Mukai H, Watanabe Y, Yano S, Suga H, Matsumoto K.
  • Organizer: 第78回日本癌学会総会
• [Presentation] Wnt5a-Ror1 signaling promotes invasion of lung adenocarcinoma cells through Rif-mediated formation of filopodia. (2019)
  • Author(s): Nishita M, Matsumoto K, Minami Y.
  • Organizer: 第78回日本癌学会総会
• [Presentation] Mature-form hepatocyte growth factor-specific PET imaging in tumor-bearing mice using a macrocyclic peptide probe. (2019)
  • Author(s): Mukai H, Warashina S, Sato H, Zouda M, Sakai K, Passioura T, Wada Y, Suga H, Matsumoto K, Watanabe Y.
  • Organizer: World Molecular Imaging Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ror1 signaling through Dvl and Rif promotes invasion of lung adenocarcinoma cells. (2019)
  • Author(s): Nishita M, Kamizaki K, Nishikaku I, Shibuya H, Matsumoto M, Minami Y.
  • Organizer: American Society of Cell Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞外SEMAドメインミスセンス変異に起因するリガンド依存性MET活性化の障害. (2019)
  • Author(s): Tahira Y, Miao W, Sakai K, Sato H, Imamura R, Jangphattananont N, Matsumoto K.
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] Distinct localization of mature HGF and precursor form in developing and repairing stomach. (2019)
  • Author(s): Jangphattananont N, Sato H, Imamura R, Sakai K, Terakado Y, Murakami K, Barker N, Oshima H, Oshima M, Takagi J, Kato Y, Matsumoto K.
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] Macrocyclic Peptides Targeting HGF-MET (2019)
  • Author(s): Matsumoto K.
  • Organizer: 3rd NanoLSI Symposium
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 環状ペプチド技術と細胞増殖因子研究融合による合成バイオロジクス. (2019)
  • Author(s): 松本邦夫.
  • Organizer: 薬物動態懇話会 第42回年会
  • Invited
• [Book] ペプチド創薬の最前線 (2019)
  • Author(s): 佐藤拓輝，酒井克也，菅裕明，松本邦夫（分担執筆）
  • Total Pages: 265
  • Publisher: シーエムシー出版
  • ISBN: 978-4-7813-1417-4
• [Remarks] Researcher’s Voice #1: 分野融合研究でHGFを紐解きがん研究を深める
  • URL: https://www.kanazawa-u.ac.jp/research/re-voice/rv1
• [Remarks] がんの診断・治療につながる環状ペプチドを発見！
  • URL: https://nanolsi.kanazawa-u.ac.jp/post-6718/
• [Remarks] 10億分の1mの世界！生命科学者は「踊るタンパク質」の夢を見るか
  • URL: https://gendai.ismedia.jp/articles/-/70128
• [Remarks] Nature Index
  • URL: https://www.natureindex.com/article/10.1038/s41589-019-0285-7