2022 Fiscal Year Annual Research Report
Comprehensive analysis of molecular machineries for mitotic spindle formation in human cells and its application to development of next generation anti-cancer drug.
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19H05651
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
北川 大樹 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (80605725)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
知念 拓実 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (40775607)
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| Project Period (FY) |
2019-06-26 – 2024-03-31
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| Keywords | 中心体 / 細胞分裂 / 抗がん薬開発 / 分裂期紡錘体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに、中心体が存在しないヒトがん細胞において、紡錘体極形成因子であるNuMAが相分離を介して、凝集体を形成し、分裂期紡錘体の形成を促進していることを明らかにしてきた（EMBO(2020), JCB(2021))。今年度は、中心体が存在するヒトがん細胞においても、分裂期を標的とする抗がん薬であるタキソールを処理することで、NuMAに依存して異所的な紡錘体極形成が誘起され、多極紡錘体が形成されることを発見した。これまでに、タキソールが示す抗がん活性として、多極紡錘体形成から生じる細胞死が有効な作用点であることが示されていたが、その分子機構は明らかにされていなかった。タキソールを処理した際に生じる極構造の形成プロセスを解析したところ、NuMAが天然変性領域を介して相分離し、凝集することで紡錘体極として働くことが示された。高解像度の顕微鏡観察、ライブイメージングの結果から、核膜崩壊による環境変化、タキソールによる微小管ダイナミクスの低下が、NuMAの凝集特性の制御に関与していることが示唆された。以上により、タキソールはNuMAの相分離様凝集を介して、紡錘体極を形成させ、多極紡錘体形成を誘導することを見出した。本研究成果は、ヒトがん細胞の分裂阻害の全く新しいストラテジーを提示するものであり、今後の分裂期作用薬の開発に有用な知見を提供し得る。さらに、今年度は、CRISPR-Cas9を用いた新しいヒト培養細胞のゲノム編集技術を開発した（JCS (2023))。この技術を駆使して内在性の遺伝子を改変することで、中心体や分裂期紡錘体における分子機能解析をより厳密に行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究の主眼の一つである新しい抗がんストラテジーの開発に向けて、タキソールの作用機序の解析を細胞生物学的に行い、新しい作用点の導出に至った。この研究成果は、中心体と協調的に作動する紡錘体形成マシナリーの解析を発端としており、独自性がある。また、デュアルキナーゼ阻害による抗がんストラテジーの開発や、中心体複製や形成に関する研究も同時に展開しており、研究計画全体として順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度においては、国際的にもリードしている中心体関連研究に加えて、以下の項目により力点をおいて研究を推進する。
中心体非依存的な紡錘体形成に寄与するキナーゼを同定し、このキナーゼに対する特異的阻害薬とPlk4阻害薬の併用が、がん細胞の増殖や分裂期紡錘体形成を抑制するか検討を行い、分裂期紡錘体を完全に抑制するストラテジーを創出する。血液がん細胞を含む複数のがん細胞株でその検討を行う。
ヒト慢性骨髄性白血病（K562細胞）やリンパ腫（RAJI細胞）を含む血液がん細胞では、中心体除去により紡錘体形成と細胞分裂が著しく抑制されることを発見している。細胞生物学的解析と細胞遺伝学スクリーニングを組み合わせることで、血液がん細胞が特異的に有する中心体依存性の高い紡錘体形成機構と、それを効果的に阻害する抗がんストラテジーの開発を行う。
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