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2019 Fiscal Year Research-status Report

低酸素性癌細胞の放射線抵抗性を誘導するDNA修復酵素と転写因子の機序解明

Research Project

Project/Area Number 19K17222
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

橋本 拓磨  東北大学, 医学系研究科, 助教 (50799145)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords低酸素 / 放射線抵抗性 / 転写因子 / DNA修復酵素
Outline of Annual Research Achievements

重度な低酸素状態(酸素濃度0.1%未満)の細胞は高い放射線抵抗性を示す。しかし、低酸素状態の細胞において、放射線抵抗性を制御する生物学的な分子機序の詳細は明らかになっていない。これまでに、SV40でトランスフォームされたヒト線維芽細胞株LM217において、1) 放射線抵抗性に関与するDNA2重鎖切断修復酵素ATM・DNA-PKcsの発現および活性が、重度な低酸素処理により亢進すること、2) これら修復酵素の活性化およびATMの発現量の亢進は、エネルギーバランスのセンサーであるAMPKを介していることが明らかになっている。本研究課題では、重度な低酸素状態により誘導される転写因子を探索し、AMPKシグナル伝達経路が転写因子を介してATM・DNA-PKcsを制御するまでの分子機序を解明することを目指している。
本年度は、ヒト神経膠芽腫細胞株T98Gを用いて、重度な低酸素状態において発現が亢進する転写因子を探索した。その結果、ストレス応答性の転写因子であるSp1が重度な低酸素状態で亢進することを明らかにした。他のストレス応答性の転写因子であるFoxO3aの発現の亢進はわずかであった。siRNAを用いてAMPKをノックダウンしたところ、低酸素状態におけるSp1の発現量は減少した一方で、FoxO3aの発現量は減少しなかった。また、Sp1またはFoxO3aをノックダウンしたところ、低酸素状態におけるAMPKの発現量には顕著な影響はみられなかった。さらに、Sp1をノックダウンした場合にはATMの発現量が減少したが、FoxO3aのノックダウンでは減少しなかった。これらの結果から、重度な低酸素状態におけるATMの発現制御には、転写因子Sp1が役割を担い、さらにAMPKが上流因子として作用していることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度は、重度な低酸素状態に応答する転写因子の探索を行い、当初の予定通り、複数の転写因子を候補分子として見出すことができた。また、これら候補分子のうち、Sp1がATMの発現を制御していること、さらにはAMPKの下流にあることを明らかにしたことは、低酸素状態におけるAMPK-ATM間の分子機序の解明をするうえで重要な進展であると考えられる。一方で、重度な低酸素状態でDNA-PKcsの発現制御を制御する転写因子については明らかにできていない。

Strategy for Future Research Activity

本年度の結果から、AMPKおよびSp1が低酸素状態における細胞の放射線耐性に影響を与えていることが考えられる。そのため、AMPKまたはSp1をノックダウンした条件において低酸素処理を行い、細胞の放射線抵抗性への影響を解析する。また、Sp1がDNA-PKcsに与える影響についてもATMと同様に解析し、低酸素状態における細胞の放射線抵抗性とDNA-PKcsの関与について検討する。

Causes of Carryover

細胞を低酸素状態にするために、低酸素培養用のチャンバーおよび酸素濃度測定機器を使用しており、ともに経年劣化による装置の修理または新規購入を予定していたが、使用可能であったため次年度に行うことにした。また、次年度には消耗品や抗体、培養細胞に加えて、酸素濃度の異なる特注の混合ガスを新規に購入する予定である。

  • Research Products

    (4 results)

All 2020 2019

All Journal Article (1 results) Presentation (3 results)

  • [Journal Article] DNA-PKcs is activated under nutrient starvation and activates Akt, MST1, FoxO3a, and NDR12020

    • Author(s)
      Shiga Soichiro、Murata Yasuhiko、Hashimoto Takuma、Urushihara Yusuke、Fujishima Yohei、Kudo Kanna、Sonohara Yaoki、Kurusu Miku、Takeda Kazuya、Jingu Keiichi、Hosoi Yoshio
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 521 Pages: 668~673

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2019.10.133

  • [Presentation] 低酸素状態がATMとDNA-PKcsの発現と活性化に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      橋本 拓磨、村田 泰彦、漆原 佑介、藤嶋 洋平、武田 一也、志賀 壮一郎、工藤 香菜、園原 八起、細井 義夫
    • Organizer
      第57回生物部会・第48回制癌シンポジウム
  • [Presentation] AMPKα regulates expression of ATM and cellular radiosensitivity under severe hypoxia in glioblastoma cell line T98G.2019

    • Author(s)
      T. Hashimoto, Y. Urushihara, Y. Murata1, Y. Fujishima, K Takeda, S. Shiga, K. Kudo, Y. Sonohara, Y. Hosoi
    • Organizer
      The 62nd Annual Meeting of the Japanese Radiation Research Society
  • [Presentation] Nutrient starvation activates ATM, DNA-PKcs and Src signaling pathways via AMPKa in MDA-MB-231 breast cancer cells.2019

    • Author(s)
      Yusuke Urushihara, Takuma Hashimoto, Yasuhiko Murata, Yohei Fujishima, Kazuya Takeda, Soichiro Shiga, Kanna Kudo, Yaoki Sonohara, Yoshio Hosoi
    • Organizer
      The 62nd Annual Meeting of the Japanese Radiation Research Society

URL: 

Published: 2021-01-27  

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