Metabolic reprogramming and its mechanism by nucleosides in cancer

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07236
• Research Institution: Kobe Pharmaceutical University
• Principal Investigator: 上田 久美子 神戸薬科大学, 薬学部, 講師 (10309437)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大河原 賢一 神戸薬科大学, 薬学部, 教授 (30291470)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: がん / 代謝リプログラミング / ヌクレオシド

Outline of Annual Research Achievements

ヒト大腸がんHCT116細胞では、促進拡散系核酸トランスポーターequilibrative nucleoside transporter 1 (ENT1)の阻害やENT1ノックダウンにより、解糖系の亢進が認められた。そこで、そのメカニズムとして、１）細胞内へのヌクレオシド取り込み阻害による細胞外ヌクレオシド濃度の上昇に伴って、アデノシンが細胞外アデノシン受容体に結合した結果引き起こされるシグナル伝達の活性化、２）細胞内ヌクレオシド取り込み阻害による細胞内AMP濃度の低下に伴うAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）を介したシグナル伝達の低下、のいずれかではないかと考え、検討を重ねた。１）については、ENT1阻害時、非阻害時におけるアデノシン受容体アゴニスト、アンタゴニストの影響について検討した。しかしながら、アデノシン受容体アゴニスト、アンタゴニスト共存下では、細胞増殖やグルコース取り込み量に変化は認められなかった。すなわち、ENT1阻害時にアデノシン受容体を介したシグナル伝達が活性化されなかったことが明らかとなった。さらに、２）についても検討した。AMPKを活性化することが知られているアデカシン（AICAr）添加時に、細胞増殖が抑制され、グルコース取り込み量が増加したものの、これらの変化はAMPK阻害剤ドルソモルフィンによって消失しなかった。したがって、ENT1阻害時にAMPKが活性化されたとの結論には至らなかった。
さらに、細胞増殖に及ぼすグルコース濃度とENT1阻害との関係について検討したところ、グルコース濃度が高いほど細胞増殖能も高いことが示されたが、いずれのグルコース濃度においてもENT1阻害による影響は同程度であることが示された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究にて明らかにしようとした2つのステップのうち、①培地中のヌクレオシドががんの代謝および増殖、生存性などの性質に及ぼす影響について検討するステップに関しては、そのメカニズムについて検討中である。これまでに、ENT1阻害時に引き起こされる解糖系の亢進や浸潤能・遊走能の亢進などが、１）細胞外ヌクレオシドの上昇による細胞外アデノシン受容体を介したシグナル伝達の活性化、２）細胞内ヌクレオシド取り込み阻害による細胞内AMP濃度の低下に伴うAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）を介したシグナル伝達の変化、のいずれでもない可能性が示された。したがって、今後はその他のメカニズムの可能性について検索する予定である。
細胞内に取り込まれたヌクレオシドは、ヌクレオシドのリン酸化酵素によって最終的にヌクレオシドのトリリン酸になると考えられる。そこで、細胞内ヌクレオシド、ヌクレオチド量がENT1阻害によってどのように変化するかを、LC-MS/MSを用いて検討を進めているが、機器の移設や不具合等が重なり、現時点では予備的な結果しか得られていない。今後、検討を進めていく予定である。

Strategy for Future Research Activity

今年度はまず、細胞内ヌクレオシド、ヌクレオチド量に及ぼすENT1阻害の影響についてLC-MS/MSを用いて検討することで、ENT1を阻害することによって細胞内でどのヌクレオシド、ヌクレオチド量が変化しているかを明らかにする。特に、DNAやRNAなどの原料となるヌクレオチド量の変化、さらにはエネルギーなどとして利用されるプリンヌクレオチド量の変化にも着目する。
ENT1阻害によって細胞内ヌクレオチド量が減少していれば、DNA複製やRNA合成に影響が及ぶ可能性が考えられる。そこで、ENT1阻害時における細胞周期の長さの変化とそれによる細胞増殖等への影響についても検討し、ENT1阻害時の解糖系亢進などのメカニズム解明につなげる予定である。

Causes of Carryover

コロナ下で実験が予定より進まず、わずかに予算が余った。次年度に試薬購入代金に充当する予定である。