2020 Fiscal Year Annual Research Report
Strategic molecular image aiming metabolism-targeted radiotherapy
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20H03628
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
河合 辰哉 名古屋市立大学, 医薬学総合研究院(医学), 講師 (70597822)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
兵藤 文紀 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 特任准教授 (10380693)
松尾 政之 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (40377669)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 13C-MRI / グリオーマ / 糖代謝 / 放射線応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度までに脳腫瘍マウスモデルを用いてDNP-MRI技術を併用した13C-MRIにより取得した13C-ピルビン酸／乳酸画像およびメタボローム解析を検証すべく、主に乳酸脱水素酵素A（LDHA）、炭酸脱水酵素、monocarboxylate transporterのタンパク質定量および解析を中心に免疫学的実験を行った。脳腫瘍組織よりタンパクを抽出し定量的に解析した結果、6Gyの放射線照射後6時間、16時間で特定のグリオーマ株より発生させた同所移植脳腫瘍モデルにおいて腫瘍組織中のLDHA発現が有意に（20％）上昇、24時間後には照射前のレベルまで回復することが示された。これは13C-MRIで認められた、照射6時間後の腫瘍内乳酸／ピルビン酸比の一過性上昇およびメタボローム解析で認められた乳酸濃度上昇を説明するものと考えられた。また、照射後の一過性LDHA発現は腫瘍細胞のサイズにも依存し、腫瘍径の大きいものほど照射後のLDHA発現が高くなることが確認され、腫瘍内低酸素領域の存在などの腫瘍内微小環境による糖代謝放射線応答の変化が示唆された。我々はこの結果を学術集会（第143回日本医学放射線学会中部地方会）で報告しまとめ学術雑誌に投稿し、掲載された（NMR Biomed. 2021 May 3:e4514）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
グリオーマにおける放射線照射後の乳酸脱水素酵素A（LDHA）の一過性発現上昇が腫瘍サイズ依存性であることが示唆され、低酸素応答マーカーが同時に上昇することも考え、LDHAとともに炭酸脱水酵素（CA9）、低酸素応答因子1α（HIF-1α）の発現についても解析を行ったが、少なくともタンパクレベルでの放射線応答は乏しかった。そこで、他の遺伝子発現の変化について網羅的に解析すべく、照射後6時間、24時間の腫瘍サンプルよりRNAを抽出し、マイクロアレイ解析を行った。この結果、タンパクレベルでLDHAの発現上昇が示された細胞株では同時にmRNAの一過性上昇が示された。また同時に糖、脂質代謝に関連する転写因子を含めた複数の遺伝子の有意な発現変動が示されたため、これらを検証すべく培養細胞を用いた複数のグリオーマ株を用いてタンパクの定量解析を開始している。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究分担者施設である端画像開発講座（岐阜大学医学部）の協力の下、同所移植脳腫瘍モデルを用いてDNP-MRIを用いた13C代謝画像の取得、解析を進める。同時に初年度に明らかにされた放射線照射後の糖代謝における早期応答と腫瘍内酸素分布との相関についてEPRI（electron paramagnetic resonance imaging）を用いた酸素マッピング画像により解析を行う。本研究の目的は画像にて腫瘍内代謝特性の画像での描出と実際の放射線感受性との相関性、ならびに代謝制御による放射線治療効果向上の可能性を明らかにすることであるが、固形腫瘍である脳腫瘍において低酸素環境因子は腫瘍内代謝に大きく影響すると考えられるためこのEPRIによる解析は重要と考えられる。
これに並行して、前年度の培養細胞を用いタンパク、RNAレベルで遺伝子発現の解析を継続する。また、spheroidと呼ばれる球状の培養細胞塊を使用することで、固形腫瘍に類似した不均一な腫瘍内微小環境下での細胞内代謝解析を行う。
今年度（令和3年度）では様々な放射線容量を用いて、LDHAだけでなくGLUT1やVEGF、さらにマイクロアレイ解析で変動の見られた複数の遺伝子について免疫組織学的検索を使用しながら経時的な変化を解析し、最終年度（令和4年度）に予定している代謝画像による放射線応答と治療効果におけるモデルマウス実験での解析項目や条件設定の判断材料とする。
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