骨転移性がんの移動・浸潤におけるコラーゲン代謝の解明と治療薬創出

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19KK0194
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 稲田 全規 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80401454)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 富成 司 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 特任助教 (50734878) ; 平田 美智子 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 講師 (40544060) ; 浅野 竜太郎 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80323103) ; 塚越 かおり 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (20708474)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2023-03-31
• Keywords: 癌転移 / コラゲナーゼ / MMP

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではがん骨転移の根幹である、がん細胞が産生するコラゲナーゼによる骨コラーゲンの分解に伴う剛性変化によるがん細胞の移動調節のメカニズムを明らかにすることである。さらに、分子標的薬である特異抗体にコラゲナーゼ感受性を導入して、がん転移の治療因子創出を目指した国際共同研究を実施することである。今年度は、海外渡航の制限があったため、デイスカッションはオンライン、各項目の実験は実施機関で相談の上に実施した。項目①がん細胞の移動におけるマトリックス分解酵素の役割解明では、研究代表者の稲田、富成特任助教は作成したコラゲナーゼ発現細胞、及びコラゲナーゼ非発現細胞の標的遺伝子として、MMP-13、および/または、MT1-MMPをサイレンシングして、移動様式と移動距離の測定を実施した。項目②低分子人工抗体の開発として、分担研究者の浅野教授と若手研究者の塚越助教は、がんの分子標的であるHerを標的とした抗体の高精度化を計り、オックスフォード大学海外研究者とオンラインで議論して、作製した抗体を用いてがん細胞移動・浸潤への有効性評価を解析した。項目③ がんの細胞浸潤とマトリックス分解酵素の役割解明では、 オックスフォード大学のItoh教授らが、コラゲナーゼ発現細胞、及びコラゲナーゼ非発現細胞を用い、コラーゲンコート(2D)上あるいはコラーゲンゲル上（3D）上のがん細胞移動実験を行い、異なったコラーゲン硬度での細胞移動の測定解析を実施した。これらより、オックスフォード大学と東京農工大学の研究者はオンラインで議論して、がん細胞移動・浸潤への有効性評価を確認し、改変ベクター作製ならびに各細胞での発現有無を調べ、大学院生はがん細胞移動解析を行った。今年度の各実験項目の実施により、MMP-13やMT1-MMPは剛性が異なるコラーゲンによる骨転移性がん細胞の移動に影響を与えることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は、海外渡航の制限があったため、デイスカッションはオンライン、各項目の実験は実施機関で相談の上に実施した。今年度の進展は、項目①がん細胞の移動におけるマトリックス分解酵素の役割解明では、基盤技術である、作製したがん細胞移動におけるコラゲナーゼ発現細胞、及びコラゲナーゼ非発現細胞を用いて、移動様式と移動距離の測定を実施した。また、新たに改変したベクターを作製し、遺伝子発現はウイルスベクターにて行い、発現確認はqPCR法及びウエスタンブロッティング法により判定した。項目②低分子人工抗体の開発では、がんの分子標的であるHer, ALKのがん特異抗原を標的とした抗体のさらなる高精度化を行なった。また、昨年度完成させたコラゲナーゼが切断する抗体を用い、機能性実験の実施に向けた抗体の浸透試験への適用を進めた。項目③ がんの細胞浸潤とマトリックス分解酵素の役割解明では、先述のコラゲナーゼ発現細胞、及びコラゲナーゼ非発現細胞を用い、コラーゲンコート(2D)上あるいはコラーゲンゲル上（3D）上の移動試験を行なった。コラーゲンゲルやコラーゲンコートの条件可変検討を行い、スクラッチアッセイや細胞遊走アッセイを参考として、定量的な細胞異動度の測定を実施した。これらより、オックスフォード大学と東京農工大学の研究者はオンラインで議論して、がん細胞移動・浸潤への有効性評価を進め、大学院生は2次元及び、3次元コラーゲン内のがん細胞移動解析を行なった。これら、今年度における実験の進展は、当初計画に沿った順調な結果であり、剛性が異なるコラーゲンによる骨転移性がん細胞の移動に与える影響を解析し、進めることが可能となった。これら研究成果は次年度研究計画を円滑に進める上で必須な結果であり、今年度計画は概ね順調な進展を示している。

Strategy for Future Research Activity

来年度の研究実施計画は、以下①～④の項目によって東京農工大学（日本）、オックスフォード大学（英国）の双方で共同研究を継続推進する。海外渡航の制限があるため、デイスカッションはオンライン、各項目の実験は実施機関で相談の上に実施する。項目①がん細胞の移動におけるマトリックス分解酵素の役割解明では、研究代表者の稲田と大学院生は新たに改変したベクターを導入したがん細胞移動におけるコラゲナーゼ発現細胞、及びコラゲナーゼ非発現細胞を用い、コラーゲンの濃度と剛性を可変させ、MMP-13や MT1-MMPサイレンシングおよび強制発現細胞を用いた試験を行う。項目②低分子人工抗体の開発では、分担研究者の浅野教授と塚越助教は作製した抗体を用いた機能性実験での浸透試験の結果を考慮し、がん細胞移動・浸潤への有効性評価を解析する。項目③がんの細胞浸潤とマトリックス分解酵素の役割解明では、Itoh教授らとともに若手研究者と大学院生が変異細胞の細胞移動の3D解析を実施する。研究計画の目標として、研究代表者が有する骨転移性がんモデルマウスに英国オックスフォード大学で確立されたコラゲナーゼ遺伝子変異がん細胞を用い、骨転移におけるがん細胞の移動・浸潤を解析する基盤を構築する。抗体作製の専門家である浅野教授と若手研究者である塚越助教らは、コラゲナーゼによって活性化される低分子人工抗体の作成と最適化を進め、特異抗体の機能と薬効評価を実施する。さらに、④In vivo実験を実施することにより、コラゲナーゼ感受性および非感受性がん特異抗原認識抗体の双方の効果解析を進め、骨転移した骨転移性がん細胞におけるコラゲナーゼ活性の依存度と新規抗体による治療効果の実証を行う。コロナウイルスによる時勢が好転すれば、研究チームの交流を活発化させ、若手研究者、院生の英国への派遣と、海外研究者の日本への招聘により共同研究を活発化する。

Research Products

• [Journal Article] Endosomal TLR3 signaling in stromal osteoblasts induces prostaglandin E2-mediated inflammatory periodontal resorption. (2022)
  • Author(s): Tominari T, Akita M, Matsumoto C, Hirata M, Yoshinouchi S, Tanaka Y, Karouji K, Itoh Y, Maruyama T, Miyaura C, Numabe Y, Inada M
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 298 Pages: 101603
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.101603
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Fabrication of Fragment Antibody?Enzyme Complex as a Sensing Element for Immunosensing (2022)
  • Author(s): Oda M., Asano R
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 (3) Pages: 1335
  • DOI: 10.3390/ijms23031335
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 低分子型二重特異性抗体の高機能化戦略 (2022)
  • Author(s): 浅野竜太郎, 熊谷 泉
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 80 (1) Pages: 40-41
• [Journal Article] Development of a DNA aptamer that binds to the complementarity-determining region of therapeutic monoclonal antibody and affinity improvement induced by pH-change for sensitive detection. (2022)
  • Author(s): *Saito, T., *Shimizu, Y., *Tsukakoshi, K. (*co-first author), Abe, K., Lee, J., Ueno, K., Asano, R., Jones, B.V., Yamada, T., Nakano, T., Tong, J., Hishiki, A., Hara, K., Hashimoto, H., Sode, K., Toyo'oka, T., Todoroki, K. & Ikebukuro, K.
  • Journal Title: Biosens Bioelectron Volume: 203 Pages: 114027
  • DOI: 10.1016/j.bios.2022.114027
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Gram-positive bacteria cell wall-derived lipoteichoic acid induces inflammatory alveolar bone loss through prostaglandin E production in osteoblasts. (2021)
  • Author(s): Tominari T, Sanada A, Ichimaru R, Matsumoto C, Hirata M, Itoh Y, Numabe Y, Miyaura C, Inada M
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Pages: 13353
  • DOI: 10.1038/s41598-021-92744-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] アントシアニジンによる炎症性骨吸収の抑制作用と構造活性相関 (2021)
  • Author(s): 富成 司、平田 美智子、宮浦 千里、稲田 全規
  • Journal Title: Functional Food Research Volume: 17 Pages: 56-62
  • DOI: 10.32153/ffr.ffr17_p56-62
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 柑橘の機能性食品開発と質量分析イメージング解析への応用 (2021)
  • Author(s): 芳之内 翔成、富成 司、平田 美智子、宮浦 千里、新間 秀一、稲田 全規
  • Journal Title: Functional Food Research Volume: 17 Pages: 63-68
  • DOI: 10.32153/ffr.ffr17_p63-68
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 植物寄生性線虫が分泌するROS制御因子 (2021)
  • Author(s): 阿波連 功、富成 司、平田 美智子、宮浦 千里、豊田剛己、Florian M.W. Grundler、A.Sylvia S. Schleker、稲田 全規
  • Journal Title: Functional Food Research Volume: 17 Pages: 69-74
  • DOI: 10.32153/ffr.ffr17_p69-74
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 量分析イメージングを活用した食品・農産物における天然・合成化合物の組織分布解析 (2021)
  • Author(s): 平田 美智子、富成 司、稲田 全規
  • Journal Title: 食品加工技術 Volume: 41 Pages: 31-35
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid, convenient, and highly sensitive detection of human hemoglobin in serum using a high-affinity bivalent antibody?enzyme complex (2021)
  • Author(s): Miura D., Kimura H., Tsugawa W., Ikebukuro K., Sode K., Asano R.
  • Journal Title: Talanta Volume: 234 Pages: 122638
  • DOI: 10.1016/j.talanta.2021.122638
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Evaluation of intercellular cross-linking abilities correlated with cytotoxicities of bispecific antibodies with domain rearrangements using AFM force-sensing (2021)
  • Author(s): Maejima A., Ishibashi K., Kim H., Kumagai I., Asano R.
  • Journal Title: Biosensors and Bioelectronics Volume: 178 Pages: 113037
  • DOI: 10.1016/j.bios.2021.113037
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] T Cell Bispecific Antibodies: An Antibody-Based Delivery System for Inducing Antitumor Immunity (2021)
  • Author(s): Kamakura D., Asano R., Yasunaga M.
  • Journal Title: Pharmaceuticals Volume: 14 (11) Pages: 1172
  • DOI: 10.3390/ph14111172
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 二重特異性がん治療抗体の機能的な構造の理解に向けたあゆみ (2021)
  • Author(s): 浅野竜太郎, 真壁幸樹, 田中良和, 熊谷 泉
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 278 (6) Pages: 617-622
• [Journal Article] Cytotoxic Abeta Protofilaments Are Generated in the Process of Abeta Fibril Disaggregation. (2021)
  • Author(s): *Kaku, T., *Tsukakoshi, K. (*co-first author and corresponding author) & Ikebukuro, K.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 22(23) Pages: 12780
  • DOI: 10.3390/ijms222312780.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Detection of CpG Methylation in G-Quadruplex Forming Sequences Using G-Quadruplex Ligands. (2021)
  • Author(s): Hasegawa, H., Sasaki, I., Tsukakoshi, K., Ma, Y., Nagasawa, K., Numata, S., Inoue, Y., Kim, Y. & Ikebukuro, K.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 22(23) Pages: 13159
  • DOI: 10.3390/ijms222313159.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Enhancement of the Immunostimulatory Effect of Phosphodiester CpG Oligodeoxynucleotides by an Antiparal-lel Guanine-Quadruplex Structural Scaffold. (2021)
  • Author(s): Safitri, F., Tu, A., Hoshi, K., Shobo, M., Zhao, D., Witarto, A., Sumarsono, S., Giri-Rachman, E., Tsukakoshi, K., Ikebukuro, K., and Yamazaki, T.
  • Journal Title: Sensors (Basel) Volume: 11(11) Pages: 1617
  • DOI: 10.3390/biom11111617.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] G-quadruplex-forming aptamer enhances the peroxidase activity of myoglobin against luminol. (2021)
  • Author(s): *Tsukakoshi, K., *Yamagishi, Y. (*co-first author), Kanazashi, M., Nakama, K., Oshikawa, D., Savory, N., Matsugami, A., Hayashi, F., Lee, J., Saito, T., Sode, K., Khunathai, K., Kuno, H. & Ikebukuro, K.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 49 Pages: 6069-6081
  • DOI: 10.1093/nar/gkab388.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Capsaicinによる炎症性骨破壊の抑制作用 (2022)
  • Author(s): 菅崎萌、富成司、松本千穂、平田美智子、稲田全規
  • Organizer: 第18回ファンクショナルフード学会 学術集会
• [Presentation] β-cryptoxanthinによる破骨細胞分化・機能への作用 (2022)
  • Author(s): 富成司、松本千穂、平田美智子、稲田全規
  • Organizer: 第18回ファンクショナルフード学会 学術集会
• [Presentation] 低分子二重特異性抗体の機能改変を目指したブレビバチルス菌表層提示 (2022)
  • Author(s): 中原維新, 大室朋海, 浅野竜太郎
  • Organizer: 日本化学会第102春季年会
• [Presentation] LC-MSによるヒト骨格筋ジストロフィンの高精度タンパク質定量法の開発 (2021)
  • Author(s): 富成 司、松延 道生、髙戸谷 賢、平田 美智子、武田 伸一、青木 吉嗣、稲田 全規
  • Organizer: 第7回日本筋学会学術集会
• [Presentation] 廃用性筋萎縮における筋形成系および筋分解系因子の時系列的な発現変動 (2021)
  • Author(s): 髙戸谷 賢、富成 司、田中 優樹、平田 美智子、青木 吉嗣、稲田 全規
  • Organizer: 第7回日本筋学会学術集会
• [Presentation] 骨芽細胞における細胞内パターン認識受容体とNLRP3インフラマソームを介したRANKL発現制御 (2021)
  • Author(s): 富成 司、松本 千穂、平田 美智子、稲田 全規
  • Organizer: 第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 前立腺癌誘導性の骨吸収におけるエクソソーム膜型HB-EGFの関与 (2021)
  • Author(s): 芳之内 翔成、富成 司、平田 美智子、稲田 全規
  • Organizer: 第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] エンドソーム型TLR3シグナリングと炎症性骨吸収への関与 (2021)
  • Author(s): 新井 大地、富成 司、平田 美智子、丸山 隆幸、稲田 全規
  • Organizer: 第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 乳癌による血管新生と骨破壊におけるエクソソーム膜型HB-EGFの関与 (2021)
  • Author(s): 山崎 徳道 、芳之内 翔成、平田 美智子、丸山 隆幸、稲田 全規
  • Organizer: 第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] インターロイキン2 (IL-2) の融合による二重特異性がん治療抗体の高機能化 (2021)
  • Author(s): 廣野琳子, 浅野竜太郎, 熊谷泉, 池袋一典
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 低分子抗体と乳酸酸化酵素を用いた電気化学イムノセンシング素子の開発 (2021)
  • Author(s): 織田美帆, 平賀健太郎, 塚本夏海, 早出広司, 津川若子, 池袋一典, 浅野竜太郎
  • Organizer: 2021年電気化学会秋季年会
• [Presentation] Convenient and universal fabrication of high affinity bispecific bivalent antibody-enzyme complex as sensing element using two Catcher/Tag systems (2021)
  • Author(s): Hayato Kimura, Ryutaro Asano, Wakako Tsugawa, Kazunori Ikebukuro, Koji Sode
  • Organizer: BIOSENSORS 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 二重特異性抗体医薬の開発: これまでとこれから (2021)
  • Author(s): 浅野竜太郎
  • Organizer: 第37回日本DDS学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Development of functional oligonucleotides forming G-quadruplex structure by using topological structure evaluation based on CD spectrum analysis combined with principal component analysis (2021)
  • Author(s): Kaori Tsukakoshi, Satoko Suzuki, Taiji Oyama, Akari Sato, Anh Thi Tram Tu, Yasuo Horiguchi, Koushi Nagamori, Tomohiko Yamazaki, Kazunori Ikebukuro
  • Organizer: 日本核酸医薬学会第6回年会
• [Presentation] グアニン四重鎖構造を用いたDNAアジュバントの開発 (2021)
  • Author(s): 山崎智彦, TU Thi Tram Anh, 星和明、Fika Ayu Safitri, 塚越かおり、池袋一典
  • Organizer: 日本核酸医薬学会第6回年会
• [Presentation] Evaluation of the aptamer binding to the target molecule in the mist using quartz crystal units for detection of virus in the air (2021)
  • Author(s): Ayaka Sone, Hatsune Tanaka, Kaori Tsukakoshi, Wakako Tsugawa, Ryutaro Asano, Kazunori Ikebukuro
  • Organizer: 2021年電気化学秋季大会
• [Presentation] Evaluation of the structural effects of CpG methylation on the dopamine receptor gene(DRD2) (2021)
  • Author(s): Shinataro INABA, Yudai Kitagawa, Shiori Saito, Kaori Tsukakoshi, Wakako Tsugawa, Ryutaro Asano, Shunsuke Numata, Hijiri Hasegawa, Kazunori Ikebukuro
  • Organizer: 2021年電気化学秋季大会
• [Presentation] Analysis of inosine introduced aptamer against SARS-CoV-2 S1 protein RBD (2021)
  • Author(s): Wakana HAYASHI, Kaori TSUKAKOSHI, Kazunori IKEBUKURO
  • Organizer: 第15回バイオ関連化学シンポジウム
• [Presentation] Specific detection of a therapeutic antibody using an anti-idiotype DNA aptamer and drastic improvement of its affinity by pH optimization (2021)
  • Author(s): Yutaka Shimizu, Lisa Moriya, Taro Saito, Kaori Tsukakoshi, Koichi Abe, Jinhee Lee, Kinuko Ueno, Ryutaro Asano, Brian V. Jones, Tomohiro Yamada, Tatsuki Nakano, Jiaxing Tong, Asami Hishiki, Kodai Hara, Hiroshi Hashimoto, Koji Sode, Toshimasa Toyo’oka, Kenichiro Todoroki, and Kazunori Ikebukuro
  • Organizer: BIOSENSORS 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aptameric enzyme subunit enhances the peroxidase activity of myoglobin against luminol (2021)
  • Author(s): Kaori Tsukakoshi,Yasuko Yamagishi, Mana Kanazashi, Kenta Nakama, Daiki Oshikawa, Nasa Savory, Akimasa Matsugami, Fumiaki Hayashi, Jinhee Lee, Taiki Saito, Koji Sode, Kanjana Khunathai, Hitoshi Kuno, Kazunori Ikebukuro
  • Organizer: ISNAC2021
  • Int'l Joint Research