Metabolic reprogramming and its mechanism by nucleosides in cancer

2021 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 – 2023-03-31
• Keywords: ヌクレオシド / がん代謝 / リプログラミング

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。前年度はそのメカニズムとして、細胞外ヌクレオシド濃度上昇に伴うアデノシンの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、または細胞内AMP濃度低下に伴うAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）活性化、の２つを考え、種々の検討をおこなったが、いずれも否定された。そこで今年度は、ENT1がヌクレオシド、ヌクレオチドの細胞内濃度に関与するとの仮定のもと、ヌクレオチド合成に関与または合成量に影響を与えうるトランスポーター、代謝酵素のmRNA発現量に対するENT1阻害の影響について検討した。その結果、ENT1阻害時には、解糖系に関わるトランスポーター、すなわちグルコースの細胞内取り込みに関わるトランスポーターGLUT1 mRNAの発現量上昇のみならず、ペントースリン酸経路に関与する酵素G6PD mRNAの発現量上昇も認められた。さらに、ピリミジン合成の原料となるグルタミンを細胞内に取り込むグルタミントランスポーター（ASCT2）SLC1A5、中性アミノ酸の細胞内取り込みに関わるLAT1をコードするSLC7A5、さらには、プリン合成に間接的に関与する葉酸代謝酵素MTHFD2 mRNAの発現量上昇が認められた。したがって、HCT116細胞では、ENT1阻害時には何らかの機構により細胞内ヌクレオチド合成が亢進していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been 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が、アミノ酸トランスポーターや解糖系のトランスポーター、代謝酵素などの発現亢進が認められた。これを手掛かりに、メカニズム解明を目指したい。また、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るが予定にしていたが、機器の移設や不具合等のみならず、研究代表者の体調不良等も重なり、未だ予備的な結果しか得られていない。
さらに、本研究にて明らかにしようとしたもう一つのステップ ②抗がん薬の殺細胞効果・抗腫瘍効果に及ぼす影響について検討するステップについては、研究の遅れにより未だ着手できていない。
研究代表者の体調が戻り、研究できる体制が整ったら、できるだけ早期に検討を再開したい。

Strategy for Future Research Activity

2022年度はまず、ENT1阻害時に発現量が変化したトランスポーター、代謝酵素などから、ENT1阻害時に細胞内で変化しているシグナル伝達経路などを特定し、ENT1阻害時の解糖系亢進などのメカニズム解明などを試みる。
また、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阻害により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や、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。
さらに、ENT1阻害時に、ヌクレオシド合成阻害薬やその他の代謝拮抗薬を処置することにより、がん細胞に対する殺細胞効果がどのように変化するかについても、検討を試みる。

Causes of Carryover

研究代表者の学内異動による業務内容の変更と体調不良による長期欠勤のため、研究をほとんど遂行することができなかったことから、次年度使用額が生じた。