Development of a novel radiotherapy targeting iron-dependent cell death ferroptosis

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H04264
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 安井 博宣 北海道大学, 獣医学研究院, 准教授 (10570228)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 稲波 修 北海道大学, 獣医学研究院, 教授 (10193559) ; 平田 拓 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (60250958) ; 久下 裕司 北海道大学, アイソトープ総合センター, 教授 (70321958)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: フェロトーシス / 腫瘍 / 放射線 / 核医学プローブ

Outline of Annual Research Achievements

近年、鉄の蓄積と活性酸素種(ROS)増大に起因するフェロトーシスと呼ばれる細胞死が報告され、がん治療への応用が期待されている。しかし、この細胞死の詳細なメカニズムや、効率的な誘導法、ならびに特異的な検出法は明らかにされていない。本研究では、「分子機構に基づいた効率的な手法で、イメージング等検出技術に裏付けされた条件において、鉄依存性細胞死フェロトーシスをがん治療のアプローチに適用することが可能か？」という問いを設定し、①様々な作用点を検討することで効率的なフェロトーシス誘導法を開発すること、②分子シグナルと生理活性物質の変化を明らかにすること、③非侵襲的なフェロトーシスイメージング法を開発することを目的とする。
2020年度では、②に関して、シスチン-グルタミン酸トランスポーターの特異的阻害剤であるエラスチンが引き起こす放射線増感効果のメカニズムを明らかにすることとした。まずエラスチン処理により細胞内鉄量をICP-AESで測定したところ、有意な増加は認められなかった。加えて、エラスチンと放射線で起こる細胞死は、鉄キレート剤であるデフェロキサミンや、特異的阻害剤であるferrostatin-1では完全に阻害できなかった。以上の結果から、エラスチンと放射線の併用による細胞死にはフェロトーシス以外の細胞死も関与していることが示唆された。
また、③の目的に向けて、細胞のトランスフェリンレセプターの発現レベルとフェロトーシスとの間に相関がある知見に基づき、トランスフェリンを基本構造とした核医学プローブの作製を行った。その結果、Ga-67、Ga-68およびCu-64で標識されたプローブを合成することに成功し、現在トランスフェリンレセプターの発現量の異なる細胞株の間で取り込み量を比較検討している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

申請書に記載した当初の計画において、効率的にフェロトーシスを誘導できる作用点をもとに、放射線感受性を引き上げることに成功し、そのメカニズムについても一部明らかにすることができた。さらに、フェロトーシス誘導の主要な因子であるトランスフェリンレセプターを標的とした核医学プローブの合成に成功しており、腫瘍内取り込みやイメージング実験に取り掛かっているところである。

Strategy for Future Research Activity

合成に成功した核医学プローブを用いて、トランスフェリンレセプター発現の程度の異なる細胞株間で取り込み量に違いがあるかを調べる。また、エラスチンなどフェロトーシス誘導剤で処理した前後で、取り込みがどのように変化するかを確認し、PETもしくはSPECTによってイメージングが可能かどうかを検討する。