神経線維腫症の神経系分化異常と腫瘍化に関わる細胞内外シグナル解明と治療戦略の構築

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03772
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 荒木 令江 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 准教授 (80253722)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江良 択実 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (00273706) ; 武笠 晃丈 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 教授 (90463869) ; 北川 孝雄 北海道医療大学, 先端研究推進センター, 助教 (20614928)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 神経線維腫症 / NF1 / NF2 / 融合プロテオミクス / ネットワーク解析

Outline of Annual Research Achievements

神経線維腫症は、多発性神経線維腫に加え悪性腫瘍等を伴う１型(NF1)、及び類似症状に加え中枢神経系腫瘍を高頻度に伴う２型(NF2)からなる治療困難な遺伝性疾患である。本研究では、両疾患の関わる神経系分化異常と腫瘍発生機序の解明、および治療標的の開発を目的としている。
本年度は、様々な細胞において樹立を進めている各種NF病態モデル細胞を用いて、特異的な神経系分化異常および腫瘍化に関わる細胞内分子群の異常ネットワークを独自のトランスクリプトミクス・プロテオミクスを介して詳細に解析する過程で、従来の解析方法論の大きな改良を行い、これらを最適化して応用することによって、より詳細な深度の高い定量性のある分子解析データを再取得した。具体的には、細胞の可溶化法と前処理法および質量分析によるデータ取得法を本課題に最適化し、以前よりも格段感度が高く、同定および定量精度の高いデータの取得に成功した。これによって、細胞内にて異常化している特異的病態分子シグナルネットワークの抽出がより詳細かつ正確に可能となった。膨大な解析データから新規統計解析法を導入したデータマイニング方法論の改良も行い、最も異常なクラスターを生じる因子群をしぼりこむことに成功した。複数のターゲットとなりうる因子群の中で、NF1においては、特にアポトーシス阻害、およびタンパク質翻訳伸長因子群が特異的であり、NF2においては、上流において特異的なグライキャンを有する膜タンパク質の関与とそれを介した下流因子の関与が示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は、昨年度に引き続き、独自に樹立した各種NF病態モデルを用いて、特異的な神経系分化異常および腫瘍化に関わる細胞内分子群の異常ネットワークを独自のトランスクリプトーム・プロテオーム統合解析システムにて解析を行うこと、また、新たなインタラクトーム解析技術を最適化し、NF1/2遺伝子産物に結合して機能するコンプレックスとそれを介したネットワークを解析し、得られた情報をユニークな統合マイニング法にて融合抽出・絞り込みを行うことを計画していた。解析法の最適化を行う過程で、細胞可溶化法、および質量分析に供与する前処理法を再検討することによって、より深度の高い解析データが得られることが判明し、新たな方法論で再度、すべてのサンブルの調整を再試行した。さらに、質量分析法も改良し、統計計算などの数値データの再計算を行った。また、予測できない質量分析装置の故障や、コロナ禍における試薬や消耗品の調達遅延などで、解析がやや遅延したが、改良後、順調にデータを取得することができている。

Strategy for Future Research Activity

今回、全てのサンプルの前処理法と質量分析法を改良したことによって、以前より格段に感度と精度の高い分子解析データを得ることができるようになった。今後、進行中の課題も含めて以下の項目についてさらに研究を推進させる。
A) NF遺伝子KD細胞, 患者由来NF細胞,iPS細胞の樹立とその性状解析　(1) iPS細胞作製:NF患者の繊維芽細胞および末梢血幹細胞を用いて幹細胞誘導、神経系細胞への分化誘導の最適化、性状解析を含めた方法論の確立と樹立をひきつづき進める。(2) NF1遺伝子KOマウスからの細胞の単離は数種類成功し継続している. (3)患者腫瘍組織からの樹立に成功しているので引き続き細胞性状解析を行う
B) 融合オミクスによるNF病態関係機能変化に連動する分子解析、ネットワーク抽出と標的分子群検索・同定　(1)プロテオーム定量解析:高感度質量分析(nanoEasy OrbiTrop-Fusion)によるDIA解析の確立 (2)トランスクリプトーム解析 (3)メタボローム解析 (4)新規インタラクトーム解析法の検討と応用
C) データ統合マイニングによる特異的シグナル分子群の選択とシグナルネットワークの抽出、特異的シグナル分子群の関わるシグナルネットワークの同定と候補因子群の検証実験および、特異的因子群に対する阻害剤の臨床応用の可能性に関する検討。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 国立コンケン大学(タイ)
  • Country Name: THAILAND
  • Counterpart Institution: 国立コンケン大学
• [Int'l Joint Research] マルタ国立大学(マルタ)
  • Country Name: MALTA
  • Counterpart Institution: マルタ国立大学
• [Journal Article] Targeting alpha2,3-sialylated glycan in glioma stem-like cells by Maackia amurensis lectin-II: A promising strategy for glioma treatment (2022)
  • Author(s): Putthisen Siyaporn、Silsirivanit Atit、Panawan Orasa、Niibori-Nambu Akiko、Nishiyama-Ikeda Yuki、Ma-In Prasertsri、Luang Sukanya、Ohta Kunimasa、Muisuk Kanha、Wongkham Sopit、Araki Norie
  • Journal Title: Experimental Cell Research Volume: 410 Pages: 112949～112949
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2021.112949
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bioinformatic Prediction of Novel Signaling Pathways of Apoptosis-inducing Factor, Mitochondrion-associated 3 (AIFM3) and Their Roles in Metastasis of Cholangiocarcinoma Cells (2021)
  • Author(s): CHUA-ON DARAPORN、PROUNGVITAYA TANAKORN、TECHASEN ANCHALEE、LIMPAIBOON TEMDUANG、ROYTRAKUL SITTIRUK、TUMMANATSAKUN DOUNGDEAN、ARAKI NORIE、PROUNGVITAYA SIRIPORN
  • Journal Title: Cancer Genomics - Proteomics Volume: 19 Pages: 35～49
  • DOI: 10.21873/cgp.20302
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] EGFR-Targeted Pentacyclic Triterpene Analogues for Glioma Therapy (2021)
  • Author(s): Ciftci Halil I.、Radwan Mohamed O.、Sever Belgin、Hamdy Ahmed K.、Emirda? Safiye、Ulusoy N. Gokce、Sozer Ece、Can Mustafa、Yayli Nurettin、Araki Norie、Tateishi Hiroshi、Otsuka Masami、Fujita Mikako、Altintop Mehlika Dilek
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 22 Pages: 10945～10945
  • DOI: 10.3390/ijms222010945
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TCTP interactomics in NF1-associated malignant tumor cells by affinity-purification and SWATH-MS (2021)
  • Author(s): Daiki Kobayashi, Norie Araki
  • Journal Title: Journal of Proteome Data and Methods Volume: 3 Pages: 2
  • DOI: 10.14889/jpdm.2021.0002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Purification, Characterization, and Gene Expression of Rice Endo-β-N-Acetylglucosaminidase, Endo-Os (2021)
  • Author(s): Maeda Megumi、Okamoto Naoko、Araki Norie、Kimura Yoshinobu
  • Journal Title: Frontiers in Plant Science Volume: 12 Pages: 647684
  • DOI: 10.3389/fpls.2021.647684
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Water droplet-in-oil digestion method for single-cell proteomics. (2021)
  • Author(s): Takeshi Masuda, Yuma Inamori, Arisu Furukawa, Kazuki Momosaki, Chih-Hsiang Chang, Daiki Kobayashi, Hiroto Ohguchi, Yawara Kawano, Shingo Ito, Norie Araki, Shao-En Ong, Sumio Ohtsuki.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: 2021.12.13 Pages: 432378
  • DOI: 10.1101/2021.12.13.472378
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Data for quantitative proteome analyses of tumor suppressor gene NF1-deficient PC12 cells during NGF induced neural differentiation using iTRAQ (2020)
  • Author(s): Kobayashi D, *Araki N.
  • Journal Title: The Journal of Proteome Data and Methods Volume: 1(2) Pages: 2-5
  • DOI: 10.14889/jpdm.2020.0002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multi-serum glycobiomarkers improves the diagnosis and prognostic prediction of cholangiocarcinoma (2020)
  • Author(s): Silsirivanit Atit、Matsuda Atsushi、Kuno Atsushi、Tsuruno Chikayuki、Uenoyama Yuta、Seubwai Wunchana、Angata Kiyohiko、Teeravirote Karuntarat、Wongkham Chaisiri、Araki Norie、Takahama Youichi、Wongkham Sopit、Narimatsu Hisashi
  • Journal Title: Clinica Chimica Acta Volume: 510 Pages: 142～149
  • DOI: 10.1016/j.cca.2020.07.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] FTO Demethylates Cyclin D1 mRNA and Controls Cell-Cycle Progression (2020)
  • Author(s): Hirayama Mayumi、Wei Fan-Yan、Chujo Takeshi、Oki Shinya、Yakita Maya、Kobayashi Daiki、Araki Norie、Takahashi Nozomu、Yoshida Ryoji、Nakayama Hideki、Tomizawa Kazuhito
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 31 Pages: 107464～107464
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.03.028
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] jPOSTを使ってプロテオーム解析をする (2022)
  • Author(s): 荒木令江
  • Organizer: AJACSセミナー
  • Invited
• [Presentation] プロテオミクスが解き明かす細胞内の分子機構～初心者から専門家まで～ (2021)
  • Author(s): 荒木令江
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Establishment of cancer stem-like cells of cholangiocarcinoma, and their characterization by proteomics (2021)
  • Author(s): Panawan, O., Silsirivanit, A., Chang, C., Putthisen, S., Sawanyawisuth, K., Kaewkong, W., Muisuk, K., Detarya, M., Luang , S., Vaeteewoottacharn, K., Wongkham, C., Kariya, R., Okada, S., Wongkham, S., Araki, N.
  • Organizer: 10th Asia-Oceania Human Proteome Organization (AOHUPO) Congress in Busan,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cell line-derived cancer stem-like cell: A useful tool for understanding cholangiocarcinoma (2021)
  • Author(s): Panawan, O., Phumphu, R., Silsirivanit, A., Putthisen, S., Sawanyawisuth, K., Kaewkong, W., Muisuk, K., Detarya, M., Luang , S., Vaeteewoottacharn, K., Wongkham, C., Kariya, R., Okada, S., Wongkham, S., Araki, N.
  • Organizer: The 7th International Conference on Biochemistry and Molecular Biology (BMB 2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Establishment and proteomic characterization of cholangiocarcinoma (2021)
  • Author(s): Orasa Panawan, Atit Silsirivanit, Chih-Hsiang Chang, Siyaporn Putthisen2, Worasak Kaewkong2, Kanha Muisuk, Marutpong Detarya, Sukanya Luang, Kulthida Vaeteewoottacharn, Ryosho Kariya, Seiji Okada, Sopit Wongkham and Norie Araki*
  • Organizer: The 18th Annual Meeting of the Proteome Society of Japan 2021
• [Presentation] 統合オミクス解析による神経線維腫症１型に関連する腫瘍の新規治療ターゲットシグナルの同定と機能解析 (2021)
  • Author(s): 荒木令江、小林大樹
  • Organizer: 第80回日本癌学会学術総会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Establishment and characterization of cancer stem-like cells of cholangiocarcinoma” (2021)
  • Author(s): Orasa Panawan, Atit Silsirivanit, Chih-Hsiang Chang, Siyaporn Putthisen2, Worasak Kaewkong2, Kanha Muisuk, Marutpong Detarya, Sukanya Luang, Kulthida Vaeteewoottacharn, Ryosho Kariya, Seiji Okada, Sopit Wongkham and Norie Araki*
  • Organizer: The 80th annual meeting of the Japanese cancer association
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Establishment and characterization of a novel cancer stem cell derived from cholangiocarcinoma by proteomics” (2021)
  • Author(s): Orasa Panawan, Atit Silsirivanit, Chih-Hsiang Chang, Taro Yokota, Yuki Nishisyama-Ikeda, Ratthaphong Phumphu, Siyaporn Putthisen, Kanlayanee Sawanyawisuth, Worasak Kaewkong, Kanha Muisuk, Marutpong Detarya, Sukanya Luang, Kulthida Vaeteewoottacharn, Ryosho Kariya, Seiji Okada, Sopit Wongkham and Norie Araki*
  • Organizer: TheHUPO2021 Reconnect world congress,
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NF1の融合プロテオシステムズバイオロジーによる病態メカニズム治療標的の解析 (2020)
  • Author(s): 荒木令江
  • Organizer: 第11回フォンレックリングハウゼン病学会 教育講演
  • Invited
• [Presentation] Identification of novel target signaling and function, involved in NF1-associated tumor progression (2020)
  • Author(s): Norie Araki, Daiki Kobayashi
  • Organizer: The 79th Annual Meeting of the Japanese Cancer Association
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] jPOSTリポジトリの機能強化 (2020)
  • Author(s): 渡辺由, 奥田修二郎, 守屋勇樹, 河野信, 松本雅記, 高見知代, 小林大樹, 幡野敦, 山ノ内祥訓, 荒木令江, 吉沢明康, 田畑剛, 岩崎未 央, 杉山直幸, 田中聡, 石濱泰
  • Organizer: トーゴーの日シンポジウム2020
  • Invited
• [Remarks]
  • URL: http://srv02.medic.kumamoto-u.ac.jp/dept/tumor/
• [Remarks]
  • URL: https://tgbaraki.com/
• [Remarks]
  • URL: https://jpostdb.org
• [Patent(Industrial Property Rights)] 前立腺がんの新規マーカー (2021)
  • Inventor(s): 荒木令江、笹尾明
  • Industrial Property Rights Holder: 熊本大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2021-184569