2022 Fiscal Year Research-status Report

細胞膜タンパク質HAI-1の切断を介した新規細胞間接着とがん転移促進機構の解明

Research Project

Project/Area Number	19K07047
Research Institution	Yokohama City University
Principal Investigator	東昌市横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科(八景キャンパス), 教授 (10275076)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords	MMP-7 / HAI-1 / コレステロール硫酸 / がん転移 / 細胞凝集 / セリンプロテアーゼ / マトリプターゼ / 活性型コンフォーメーション
Outline of Annual Research Achievements	MMP-7は種々のがん組織で高発現しているマトリックスメタロプロテアーゼの一種であり、その発現はがん悪性度と高い相関を示す。私達はMMP-7により、がん転移が促進される機序として以下のことを明らかにしてきた。まず、活性型MMP-7が、がん細胞の細胞膜成分として存在するコレステロール硫酸と結合する。次にコレステロール硫酸と結合したMMP-7が近傍の細胞表層タンパク質であるHAI-1(hepatocyte growth factor activator inhibitor type 1)を切断することで、細胞凝集を惹起する。一方、2021年度までの研究で、MMP-7が誘導する細胞凝集メカニズムにセリンプロテアーゼ活性が介在することが示唆された。 2022年度はMMP-7が誘導する細胞凝集メカニズムにおいてMMP-7の下流で作用すると考えられる、膜型セリンプロテアーゼの候補としてHAI-1の標的酵素の一つであるマトリプターゼを想定し、その活性発現機構の解明を目指して研究を行った。マトリプターゼ前駆体は生合成された後、HAI-1とともに細胞外へ輸送され、細胞外で自己活性化、あるいは他のプロテアーゼにより活性化されることが示唆されていた。そこで、マトリプターゼ前駆体とHAI-1のそれぞれの細胞外領域をHEK293細胞に共発現させたところ、殆ど細胞外へ輸送されないことが判明した。一方、HAI-1細胞外領域を修飾し、インヒビター活性を高めるとともに、マトリプターゼ前駆体のセリンプロテアーゼドメインに活性型コンフォーメーションを誘導する分子を設計し、これをマトリプターゼ前駆体の細胞外領域とともにHEK293細胞に共発現させると、細胞外への輸送が飛躍的に増強されることを見出した。今後、MMP-7がどのようにマトリプターゼ前駆体から活性を誘導するのかについて調べて行く予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 当研究室はスタッフ１名体制であるが、2019年度および2020年度は研究室に大学院生が不在であった上、新型コロナ感染症拡大に伴う大学の入構規制により、学部学生が研究室に入れなかった時期があり、人員不足が研究遅延の主な理由であった。しかし、2022年度は大学院生が5名に増えたため、遅れを取り戻すとともに、新たな研究の展開が見えてきた。こららのことから、当初の計画以上に進展しているとした。
Strategy for Future Research Activity	2022年度はマトリプターゼ前駆体の細胞外輸送がそのセリンプロテアーゼドメインの活性型コンフォーメーション誘導に依存するという興味深い知見を得た。今後は細胞外輸送に関わるセリンプロテアーゼドメイン内のアミノ酸残基の同定を試みるとともに、トランスポーターの同定を試みる予定である。一方、MMP-7活性とマトリプターゼ前駆体の細胞外輸送、およびそれに続くマトリプターゼ前駆体の活性化については不明点が多く、現時点でマトリプターゼ前駆体が直接MMP-7によって切断を受け、活性化されるわけではないこと以外明らかになっていない。想定される機序としてMMP-7により切断を受けた分子がエンドサイトーシスにより、取り込まれ、マトリプターゼ前駆体の細胞外輸送に関与することであるが、今後はその機序について検証していく予定である。
Causes of Carryover	「現在までの進歩状況」で述べたように、2019年度および2020年度に新型コロナ感染症拡大に伴う人員不足により、研究が遅れたこと、およびMMP-7よる細胞凝集誘導機構にセリンプロテアーゼが関与するという、本研究の中での新しい発見により、そのメカニズム解明のための研究材料が必要となったことから、当初計画していた研究用試薬に替えて新しく種々の試薬を購入する必要性が生じた。2022年度はその後半でさらに新たな展開があり、次年度使用による試薬購入の必要性が生じた。