2021 Fiscal Year Research-status Report
Establishment of drug therapy targeting metabolic reprogramming for glioblastoma
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20K07194
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
江田 岳誉 新潟大学, 医歯学総合病院, 薬剤師 (90772038)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
棗田 学 新潟大学, 脳研究所, 助教 (00515728)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 膠芽腫 / mTOR / AMPK / タンパク合成 / 細胞内飢餓 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、膠芽腫に対し効果的な薬物療法を提示することである。研究は膠芽腫において報告されている遺伝子変異のうち、PI3K/Akt/mTORシグナル伝達に着眼し、治療候補となる薬剤抽出から実施した。mTORはまた、糖や酸素濃度などの栄養センサーシグナルとしての役割も担うことも知られる。本研究はmTORシグナルと腫瘍形成・維持間にあるクロストークの解明を目的に、がんの微小環境および代謝リプログラミングの観点から膠芽腫の成因解明に臨む。以下のテーマに分けて実施した。
1. 膠芽腫とmTOR ：先行研究ではクリンダマイシン（CLD）が複数の膠芽腫培養細胞株に対し、一定に増殖を抑制することを見出した。細胞周期解析でCLDはG0/G1期で増殖活動を停止することがわかった。また、CLDはp70S6K, S6のリン酸化を抑制した。CLDがmTORC1経路に作用した結果、新規タンパク合成に関与し、抗腫瘍効果を発揮する。2. 代謝リプログラミングモデルの確立：がん細胞は飢餓時におかれても嫌気的呼吸へと代謝様式を変更し、異常増殖を維持する。この代謝シフトはどのような条件下で行われるのか解明するために、細胞に対し過酷条件を負荷することでがんの微小環境を実験的に作りだす。特に一部のSGLT2阻害剤を膠芽腫培養系に用いると、その増殖は著しく抑制された。また、この薬剤はAMPKやACCのリン酸化を亢進し、細胞を饑餓状態に陥れることがわかった。mTORシグナルへの影響を調べるとp70S6KやS6のリン酸化が抑制された。低栄養飢餓時の細胞内応答について詳しく調べている。3. in vivoモデル：先行研究で悪性神経膠腫患者の剖検脳から腫瘍細胞NGT41を単離し、安定継代可能な細胞株を樹立している。免疫不全マウスを用いたNGT41皮下腫瘍モデルに対し、SGLT2阻害剤は皮下腫瘍の増殖を著しく抑制した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
膠芽腫に対する効果的な薬物療法として、クリンダマイシン(CLD)が膠芽腫培養細胞の増殖を制御することがわかった。複数のヒト由来膠芽腫細胞株において薬効を検証すると、CLDは単独で細胞の分化、増殖を濃度依存的に抑制した。次に、細胞増殖に関与する分子を同定することを試みた。CLDはp70S6Kリン酸化などmTORシグナル抑制や細胞周期へ影響を与えることなど、潜在的な作用を有することが判明した。しかし、タンパク質合成の実像は理解できていない。
当該年度では、膠芽腫における飢餓時のタンパク質合成に影響を及ぼす要因の解明に取り組んでいる。実験は代謝リプログラミングモデルによって行い、mTORと腫瘍形成に存在する疑問点の解明に臨んだ。上記モデルはWarburg説に基づいて、薬剤を使ってがん細胞を飢餓状態に陥らせ、解糖系優位の代謝シフトを作り出す。SGLT2阻害剤は膠芽腫細胞に暴露すると、AMPKやACCのリン酸化を濃度依存的に増強し、細胞の増殖を抑制した。mTORシグナルに対しても同様の結果であった。タンパク合成活性についてはSUnSET(Surface sensing of translation)法によって評価した。これは細胞内で新規合成されたタンパク質量を測定する手法である。アミノアシルtRNAと構造が類似するピューロマイシンは、新規合成ポリペプチド鎖に取り込まれるとペプチド鎖が解離するのでこれをピューロマイシン抗体によって免疫学的に検出する。SGLT2阻害剤はピューロマイシンの取り込みを時間依存的に抑制し、タンパク質合成活性を低下した。現在、細胞内およびマウス脳および臓器でのSGLT2局在を調べグルコース取り込みとの関連を検証している。
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| Strategy for Future Research Activity |
悪性神経膠腫である膠芽腫の効果的な薬物治療を提示することを目的として、これまで候補薬の抽出、in vitroにおける薬効分析、評価および一部のin vivo実験まで終了した。特に「膠芽腫とmTOR」では、CLDが、mTOR下流にあるp70S6 kinase、S6 kinaseのリン酸化を濃度・時間依存性に抑制し、新規タンパク合成を抑制することが判明した。これはmTORC1が細胞増殖に重要な作用点であることを表している。
「代謝リプログラミングモデル確立」ではわずかながらも研究に進展があった。
SGLT2阻害剤はAMPKのリン酸化を増強することから、細胞内ではATP産生を抑制し、飢餓状態としていることが推測される。したがって、細胞内飢餓はSGLT2を介したグルコースの細胞内取り込みが抑制された結果生じたものと推測する。今後は、イムノブロットや蛍光免疫染色などの手法で腫瘍細胞におけるSGLT2発現を調べ、治療標的を明確にしたい。また細胞内の発現とは別に、マウスの脳組織におけるSGLT2発現を近位尿細管や精巣など発現が多いとされる末梢臓器と比較しながら詳細を調べる予定である。現在、アイソトープ標識元素を用いたグルコースの取り込み実験も計画している。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス感染症下にて予定していた学会発表などができなかったことが挙げられる。
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