2021 Fiscal Year Research-status Report
EP受容体サブタイプ発現量バランスの崩壊により不可逆化するがん悪性化機構の解明
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20K07084
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
藤野 裕道 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(薬学域), 教授 (40401004)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | prostanoid receptors / PGE2 / 大腸がん |
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| Outline of Annual Research Achievements |
プロスタノイドEP2受容体およびEP4受容体の発現量バランス比の変化による細胞機能への影響の解析を通して、本研究では不可逆的ながん増悪機構の一端を明らかにし、がん悪性化の不可逆性を決定づけるメカニズムを解明することを目指した研究である。その契機は、発がん要因の可能性の一つであるEP4受容体過活性化による恒常性（ホメオスタシス）の破綻だけでは、がん悪性化への不可逆的なステージ変化を説明できない「問い」が生じたためである。2020年度には、プロスタグランジンE2（PGE2）がEP4受容体に作用することで引き起こされた炎症反応は、その代謝産物である15-keto-PGE2へと変換されることで、この代謝産物への親和性が高いEP2受容体へと、活性化する受容体がシフトし、炎症反応が収束に向かう可能性を見出した（J Biol Chem, 2020）。すなわち何らかの理由でEP2受容体発現量が減少した場合、炎症反応を収束させることができなくなり、それががんの悪性化の一要因ではないかという可能性が強く示唆された。2021年度には、EP2受容体とEP4受容体の役割分担について、実際の実験と、そのデータを使ったBlack/Leffオペレーショナルモデルを用いた計算によるシミュレーションによりさらなる検討を行った。その結果、EP2受容体はGsタンパク質情報伝達系に、そしてEP4受容体はGiタンパク質情報伝達系に、これまで考えられていた以上にバイアスがかかっていることを見出した（FEBS Open Bio, 2022）。すなわちEP2受容体とEP4受容体は、Gsタンパク質情報伝達系をシェアしている代替可能な受容体ではなく、個別に協調して生体反応を制御している可能性が示された。以上のことから、それら受容体の発現量バランスの崩壊が、大腸がん発症の大きな鍵となる可能性を、さらに強く示唆することができた。
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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
2021年度は、EP2受容体とEP4受容体の役割分担のさらなる解明のため、Gsタンパク質情報伝達系セカンドメッセンジャーである実質的なcAMP産生量について検討を行った。Gsタンパク質系の活性化により産生されるcAMPは、ホスホジエステラーゼ（PDE）により速やかに代謝される。2020年度の研究では、持続的なcAMPの産生維持が細胞増殖を抑制し、それがホメオスタシスの維持につながる可能性を示した。すなわち、EP2受容体発現量が減少すると、EP2受容体が担うべき十分なcAMPが供給されないだけではなく、EP4受容体が相対的に活性化し続けることが、がん悪性化の一要因である可能性を強く示唆することができた（J Biol Chem, 2020）。一方で、これまでのcAMP産生量の測定は、PDE阻害薬の影響のもと、cAMPの最大産生量を測定していた。しかしながら実際の細胞では、cAMPのPDEによる代謝分解も並行して起こっていることを鑑み、2021年度にはPDE阻害薬を用いずに分解系を加味した実質的なcAMP量の変動を測定した。その結果、EP2受容体においては、PDE阻害薬の非存在下においても刺激後15分では、最大活性近くのcAMP量が存在することが明らかとなった。しかしながらEP4受容体刺激においては、産生されたcAMPはすぐに代謝され、極短時間・少量しか存在していない可能性が明らかとなった（FEBS Open Bio, 2022）。さらにこれらの結果の解析により、EP2受容体活性化により産生されるcAMP系へのバイアス度は、EP4受容体のそれよりも81.3倍も高い/強いことが示唆された。これはすなわちcAMP系に関しては、2020年度に考えていたよりも極めてわずかなEP2受容体発現量の減少によりEP4受容体とのバランスが大きく崩れ、がんの悪性化へ傾く可能性が高いことが考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度には、内因性にEP4受容体を発現しているヒト初期結腸がんHCA-7細胞を用いた研究により、PGE2刺激により細胞内へのグルコース取り込み量が増大することも明らかにしている。大腸がんでは、好気的条件下で解糖系によるATP合成系を優先させるシステムであるワルブルグ効果と呼ばれる、がん細胞特異的現象の亢進が知られている。研究代表者は、これまでにEP4受容体がGiタンパク質を介したphosphatidylinositol 3-kinase (PI3K)系の活性化を明らかとしてきたが、2022年度には、このPGE2刺激によるグルコース取り込み促進効果が、PI3K阻害薬であるwortmanninの前処置により抑制されるかどうかを明らかにしたい。またHCA-7細胞におけるグルコースの取り込み増大作用が、解糖系を亢進するのか、乳酸産生量を指標として検討したい。さらに、そのメカニズムの解明としてGLUTなどのトランスポーターの関与などについても検討したい。ヒトEP4受容体を安定発現したHEK-293（HEK-EP4）細胞をPGE2で刺激すると、顕著なグルコースの取り込み増大が見られることから、詳細な機構解明のためにHEK-EP4細胞系も用いて検討したい。さらにEP2受容体の発現量の変化、すなわちcAMP量の変化がグルコースの取り込みに与える影響を検討するためにHCA-7細胞あるいはHEK-EP4細胞へのPDE阻害薬を用いた検討も行いたい。そのほかにもEP4受容体によるグルタミノリシスの関与の検討、さらにはTCGAビッグデータを用いたEP2およびEP4受容体発現に紐付いたガン関連遺伝子発現を抽出・解析することで、EP2およびEP4受容体発現量バランス変化が引き起こす、がん悪性化の不可逆性を決定づけるメカニズムや、その分水嶺となるクリティカル・ポイントを解明したいと考えている。
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