ミトコンドリアと細胞内代謝から捉える肥満とがんの分子基盤の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19KK0407
• Research Institution: Chiba University
• Principal Investigator: 永野 秀和 千葉大学, 大学院医学研究院, 特任講師 (60788876)
• Project Period (FY): 2019 – 2021
• Keywords: ミトコンドリア / 肥満 / がん / 細胞代謝

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、主にin vitroで解析したDPYSL4の酸素消費、細胞内代謝変化、抗腫瘍効果をin vivoへ拡大して、観察する目的でDPYSL4のストレートノックアウトマウスを作成した。DPYSL4のストレートノックアウトマウスを用いた報告はこれまでにはなく、イントロン2とイントロン3にloxP配列を挿入するためのターゲットベクターを作成し、BL6系マウスES細胞からノックアウトマウスを作成した。一方、大腸がん細胞株を用いたメタボローム解析からDPYSL4ノックアウト細胞では、フマル酸・コハク酸の増加という好気的回路の抑制を認めるものの解糖系代謝産物への変化はほとんど見られず、ミトコンドリア制御を裏付ける結果が得られていた。これらミトコンドリア機能と抗腫瘍効果を結びつける一つの現象として、フェロトーシスに注目した。フェロトーシスは、鉄依存の過酸化脂質の蓄積によって起こされる。その過程で、脂質代謝に関連するメバロン酸経路が関与することが知られている。そこで、ミトコンドリアにおける代謝変化と抗腫瘍効果について、フェロトーシスの観点から捉えて研究を行うために、コロンビア大学生物科学科Carol Prives教授との共同研究でフェロトーシス関連分子探索のためのnon-target proteomicsを行った。線維肉腫細胞株において、エラスチンの投与によるフェロトーシス誘導は、MDM2/MDMXの阻害によって抑制されることがすでに報告されている。そのメカニズムとして、エラスチン投与によって増加した不飽和脂肪酸を生成する酵素群やペルオキシダーゼは、MDMXの阻害によって、抑制されることがわかった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

DPYSL4のストレートノックアウトマウスを用いた報告はこれまでにはなく、DPYSL4ストレートノックアウトマウスとコンディショナルノックアウトマウスの作成に成功し、飼育環境を整えることができた。また、Carol Prives教授がすでに共同研究を行っているBrent Stockwell教授（コロンビア大学）はフェロトーシス研究の先駆者であり、ミトコンドリア機能と抗腫瘍効果を結びつける一つの現象として、フェロトーシスに注目して研究を推進することができた。したがって、Carol Prives教授のラボとの共同研究は、肥満とがんないし腫瘍制御を結ぶメカニズムをフェロトーシスの観点から捉えることができ、研究を推進できている。

Strategy for Future Research Activity

フェロトーシスに関連するメバロン酸経路が、DPYSL4をはじめとする様々なミトコンドリア機能に関連する分子によって、その酸素消費調節と活性酸素種（ROS）や過酸化脂質に影響を与えるかは興味深い点であると同時に今後の課題である。DPYSL4のconditionalノックアウトマウスは申請者が作製したオリジナルであり、DPYSL4のミトコンドリア機能調節は申請者が初めて報告した知見であり、学術的独自性と創造性が高い。また、作用メカニズムを明らかにする目的で、ミトコンドリア高次複合体機能のオミックス解析とSingle Cell解析を組み合わせた点がユニークである。がん分野でリードしているがん3次元培養手法を積極的に取り入れることで、高次構造情報を統合して考えたり、エネルギーとバイオマス供給に必要なグルコースやアミノ酸がどのようにTCAサイクルから酸化的リン酸化へと移行しているかを炭素・窒素動態レベルで捉えたりすることが、新しい発見やシーズの発掘に重要である。

Research Products

• [Journal Article] TAS4464, a NEDD8-activating enzyme inhibitor, activates both intrinsic and extrinsic apoptotic pathways via c-Myc-mediated regulation in acute myeloid leukemia (2021)
  • Author(s): Ochiiwa H, Ailiken G, Yokoyama M, Yamagata K, Nagano H, Yoshimura C, Muraoka H, Ishida K, Haruma T, Nakayama A, Hashimoto N, Murata K, Nishimura M, Kawashima, Y, Ohara O, Okubo S, Tanaka T.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 40 Pages: 1217～1230
  • DOI: 10.1038/s41388-020-01586-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Two cases of symptomatic secondary hypophysitis due to Rathke’s cleft cysts treated with glucocorticoids: long-term follow-up (2021)
  • Author(s): Deguchi-Horiuchi H, Koide H, Sakuma I, Gao Y, Higuchi S, Nagano H, Hashimoto N, Horiguchi, K, Iwadate Y, Inoshita N, Yokote K, Tanaka T.
  • Journal Title: Endocrine Journal Volume: 68 Pages: 269～279
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ20-0361
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 131I-6β-iodomethyl-19-norcholesterol adrenal scintigraphy as an alternative to adrenal venous sampling in differentiating aldosterone-producing adenoma from bilateral idiopathic hyperaldosteronism (2020)
  • Author(s): Saiga A, ,Hajime Yokota H, Nagano H, Sawada K, Kubota Y, Wada T, Horikoshi T, Tanaka T, Uno T
  • Journal Title: Nuclear Medicine Communications Volume: 41 Pages: 1226～1233
  • DOI: 10.1097/MNM.0000000000001293
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Small intestinal bacterial overgrowth as a cause of protracted wound healing and vitamin D deficiency in a spinal cord injured patient with a sacral pressure sore: a case report (2020)
  • Author(s): Kubota Y, Nagano H, Ishii K, Kono T, Kono S, Akita S, Mitsukawa N, Tanaka T.
  • Journal Title: BMC Gastroenterology Volume: 20 Pages: 283
  • DOI: 10.1186/s12876-020-01423-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aldosterone Reduction Rate After Saline Infusion Test May Be a Novel Prediction in Patients With Primary Aldosteronism (2020)
  • Author(s): Nagano H, Kono T, Saiga A, Kubota Y, Fujimoto M, Felizola S, Ishiwata K, Tamura A, Higuchi S, Sakuma I, Suzuki S, Koide H, Takeshita N, Sakamoto S, Yokote K, Nakamura Y, Ichikawa T, Uno Takashi, and Tanaka T
  • Journal Title: The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism Volume: 105 Pages: e319～e327
  • DOI: 10.1210/clinem/dgz092
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Case of Hashimoto’s Thyroiditis with Multiple Drug Resistance and High Expression of Efflux Transporters (2020)
  • Author(s): Yoshida T, Nakayama A, Tamura A, Higuchi S, Sakuma I, Nagano H, Saulo J.A. Felizola, Takemoto M, Tatsuno I, Koide H, Yokote K, Tanaka T
  • Journal Title: The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism Volume: 105 Pages: 399～406
  • DOI: 10.1210/clinem/dgz073
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Mechanism of Mutant p53 Using Three-dimensional Culture on Breast Cancer Malignant Phenotype via SREBP-dependent Cholesterol Synthesis Pathway (2021)
  • Author(s): kitoshi Nakayama, Masataka Yokoyama, Hidekazu Nagano, Naoko Hashimoto, Kazuyuki Yamagata, Kazutaka Murata, Tomoaki Tanaka
  • Organizer: ndocrine Society’s Annual Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Multi-Omicsから視た機能性下垂体腺腫の転写ネットワークの役割 (2020)
  • Author(s): 高 躍, 永野 秀和, 大和 梓, 橋本 直子, 堀口 健太郎, 岩立 康男, 福原 紀明, 西岡 宏, 田中 知明
  • Organizer: 第30回臨床内分泌代謝Update
• [Presentation] 3次元培養を用いた乳がん悪性化形質に対する変異p53・SREBP依存的コレステロール合成経路の協調的作用機構 (2020)
  • Author(s): 中山 哲俊, 横山 真隆, 永野 秀和, 山形 一行, 橋本 直子, 村田 和貴, 田中 知明
  • Organizer: 第79回日本癌学会総会
• [Presentation] Cooperative Mechanism of p53 and SREBP-dependent Mevalonate Pathway in Malignant Formation of Breast Cancer (2020)
  • Author(s): 中山哲俊 横山真隆 永野秀和 山形一行 橋本直子 村田和貴 田中知明
  • Organizer: 第79回日本癌学会学術総会
• [Presentation] GH産生下垂体腫瘍におけるSDHxの体細胞copy数減少症例は治療抵抗性を示す (2020)
  • Author(s): 大和 梓, 永野 秀和, 山形 一行, 橋本 直子, 高 躍, 岩立 康男, 福世 真樹, 金田 篤志, 井下 尚子, 福原 紀章, 西岡 宏, 山田 正三, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] マルチオミクス解析から捉える下垂体腺腫の特徴 (2020)
  • Author(s): 高 躍, 永野 秀和, 堀口 健太郎, 橋本 直子, 中山 哲俊, 樋口 誠一郎, 山形 一行, 横山 真隆, 岩立 康男, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] コルチゾール産生腺腫における新規PRKACA変異同定と機能解析 (2020)
  • Author(s): 樋口 誠一郎, 高 躍, 姚 躍, 大和 梓, 橋本 直子, 永野 秀和, 中山 哲俊, 西村 基, 山形 一行, 横山 真隆, 藤井 陽一, 小川 誠司, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] 実地臨床における2型糖尿病患者に対するルセオグリフロジンの効果の検討 (2020)
  • Author(s): 橋本 直子, 大和 梓, 樋口 誠一郎, 永野 秀和, 小出 尚史, 柴田 貴久, 伴 俊明, 内田 大学, 横手 幸太郎, 田中 知明
  • Organizer: 第93回日本内分泌学会学術総会