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2020 Fiscal Year Research-status Report

Dynamic Imaging of LDH Inhibition in Tumors by 13C-MRI to Treat Colon Cancer

Research Project

Project/Area Number 20K09054
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

大嶋 野歩  京都大学, 医学研究科, 客員研究員 (70571454)

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)
久森 重夫  京都大学, 医学研究科, 助教 (50534351)
板谷 喜朗  京都大学, 医学研究科, 助教 (80814029)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywordsがん代謝 / 乳酸脱水素酵素 / ワールバーグ効果 / 大腸癌 / 胃癌
Outline of Annual Research Achievements

大腸癌・胃癌に対する、低分子化合物を用いた代謝阻害治療法の確立を目指して、今年度は以下の研究内容を実施した。細胞外フラックスアナライザーを用いて、大腸がん細胞株6種類、胃がん細胞株6種類についてそれぞれがもつsteady stateでの細胞内代謝の特徴を調べた。具体的には解糖系とミトコンドリア呼吸に分けてそれぞれの代謝状態を調べ、各細胞株の代謝プロフィリングを行なった。これらの結果、各癌細胞株ごとに解糖系代謝・ミトコンドリア呼吸に相違があり、代謝の状態(依存度)は大きく3つのパターンに分類できることを明らかにした。さらに、解糖系を選択的に阻害する低分子化合物(LDH阻害剤)をこれらの細胞に投与して癌細胞に解糖系代謝阻害ストレスを与えたのち、これらの細胞株の代謝変容と細胞増殖抑制について調べた。その結果、低分子化合物による大腸癌・胃癌細胞内の解糖系代謝の阻害・抑制が可能であること、そしてそのon-target効果はいくつかの細胞株に対して細胞増殖抑制効果をもたらした。さらに、解糖系代謝が亢進している細胞株であるにもかかわらず解糖系阻害で細胞増殖抑制効果が得られない細胞株が存在することを明らかにした。これらの細胞株においては代償性にミトコンドリア呼吸が増大していることを見出した。LDH阻害剤による解糖系代謝の強制的かつ急速な阻害により癌細胞内で乳酸産生が抑制されてエネルギー産生低下が引き起こされることを回避するために、これらの癌細胞において酸素状態に関わらず”metabolic switch”が惹起されている可能性があることが示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本年度は、COVID-19による研究活動制限と移動制限があったため、研究の遂行に遅延が生じた。本研究が他大学との共同実験を含む性質上、上記制限によって特にin vivo実験に遅れた生じた。その一方で、胃癌細胞株を用いた実験を追加したことで、胃癌に対する代謝阻害治療の開発研究の可能性を新たに見出すことができた。また、細胞内エネルギー産生の急速な低下を回避する、癌細胞内での”酸素状態によらないエネルギー代謝の可塑性”という新たな知見を得ることができた。

Strategy for Future Research Activity

低分子化合物による、大腸癌・胃癌に対する代謝阻害治療法の臨床応用を目指して、来年度は以下の研究を予定している。当院において樹立されたヒト検体由来の大腸癌・胃癌細胞株を用いて個々の検体の代謝プロファイリングを行い、LDH阻害剤による代謝変容と細胞増殖抑制効果について検討する。同時に、癌細胞が持つ”酸素状態によらないエネルギー代謝の可塑性”について調べる目的としてもう一つの低分子化合物であるミトコンドリア呼吸阻害剤の投与を追加することで、薬剤による細胞内エネルギー産生の強制かつ急速な低下を回避する細胞内代謝変容についての解析を行う予定である。さらに、これらの腫瘍のマウスモデルを用いて、超偏極13C-MRIを撮像しながらin vivoで代謝モニタリングを行い、これらの代謝阻害剤の薬剤効果についても解析を行なっていく予定である。

Causes of Carryover

本年度はCOVID19による研究活動制限・移動制限のため、当初予定していた研究の中に縮小や中断をせざるえない研究内容があったため。

  • Research Products

    (11 results)

All 2020

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] 超偏極13CMRIを用いた膵癌に対するLDH阻害治療効果の動的な可視化2020

    • Author(s)
      大嶋野歩, 岸本俊, 石田諒, 愛須佑樹, 岡田倫明, 錦織達人, 板谷喜朗, 久森重夫, 角田茂, 肥田侯矢, 河田健二, 兵藤文紀, 松尾政之, 中本裕士, 小濱和貴, Neckers LM, Krishna MC, 坂井義治
    • Journal Title

      胆と膵

      Volume: 41 Pages: 751-6

  • [Journal Article] Molecular Imaging of the Tumor Microenvironment Reveals the Relationship between Tumor Oxygenation, Glucose Uptake, and Glycolysis in Pancreatic Ductal Adenocarcinoma2020

    • Author(s)
      Yamamoto Kazutoshi、Brender Jeffrey R.、Seki Tomohiro、Kishimoto Shun、Oshima Nobu、Choudhuri Rajani、Adler Stephen S.、Jagoda Elaine M.、Saito Keita、Devasahayam Nallathamby、Choyke Peter L.、Mitchell James B.、Krishna Murali C.
    • Journal Title

      Cancer Research

      Volume: 80 Pages: 2087~2093

    • DOI

      10.1158/0008-5472.CAN-19-0928

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Pyrazole-Based Lactate Dehydrogenase Inhibitors with Optimized Cell Activity and Pharmacokinetic Properties2020

    • Author(s)
      Rai Ganesha、Urban Daniel J.、Jana Somnath、Muttil Pavan、Anderson Tamara、Kunda Nitesh K.、Oshima Nobu、Cherukuri Murali、、Dang Chi V.、Stott Gordon M.、Neckers Leonard
    • Journal Title

      Journal of Medicinal Chemistry

      Volume: 63 Pages: 10984~11011

    • DOI

      10.1021/acs.jmedchem.0c00916

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Laparoscopic left hemicolectomy with regional lymph node navigation and intracorporeal anastomosis for splenic flexure colon cancer2020

    • Author(s)
      Itatani Yoshiro、Kawada Kenji、Hida Koya、Deguchi Yasunori、Oshima Nobu、Mizuno Rei、Wada Toshiaki、Okada Tomoaki、Sakai Yoshiharu
    • Journal Title

      International Cancer Conference Journal

      Volume: 9 Pages: 170~174

    • DOI

      10.1007/s13691-020-00424-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Dynamic Imaging of LDH Inhibition in Tumors Reveals Rapid In Vivo Metabolic Rewiring and Vulnerability to Combination Therapy2020

    • Author(s)
      Oshima N, Ishida R, Kishimoto S, Beebe K, Brender J, Yamamoto K, Urban D, Squadrito GL, Crooks D, Jackson J, Joshi A,
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 30 Pages: 1798~1810.e4

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2020.01.039

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] MRIを用いた大腸癌におけるセラノスティクスー超偏極13C-MRIを用いた腫瘍内における代謝阻害剤効果のDynamic Monitoring~2020

    • Author(s)
      大嶋 野歩, 小濱 和貴, 河田 健二, 肥田 候矢, 久森 重夫, 出口 靖記, 板谷 喜郎, 水野 礼, 和田 聡朗, 錦織 達人, 奥知 慶久, 岡田 倫明, 我如古 理規, Krishna Murali, Neckers Leonard, 坂井 義治
    • Organizer
      第120回日本外科学会
  • [Presentation] 大嶋野歩, 愛須佑樹, 岡田倫明, 板谷喜郎, 角田茂, 貝原聡, 小濵和貴2020

    • Author(s)
      外科医から見た、超偏極技術を用いた代謝イメージングの臨床応用への期待と展望 ~何を見たくて何がしたいのか~
    • Organizer
      量子生命科学会第2回大会
    • Invited
  • [Presentation] 超偏極13C-MRIを用いた,LDH阻害剤およびメトホルミンの大腸癌組織内薬剤効果の可視化と癌治療への応用2020

    • Author(s)
      大嶋野歩, 岡田 倫明, 板谷 喜朗, 出口 靖記, 肥田 侯矢, 河田 健二, Murali Krishna, Leonard Neckers, 小濱 和貴, 坂井義治
    • Organizer
      第75回日本消化器外科学会
  • [Presentation] Monitoring of a novel LDH inhibitor and mitochondrial inhibitor efficacy in vivo in a glycolytic pancreatic cancer model using hyperpolarized13C MRI2020

    • Author(s)
      Nobu Oshima, Ryo Ishida, Shun Kishimoto, Jeffrey R. Brender, Tomoaki Okada, Kazuataka Obama, Yoshiharu Sakai, Murali C. Krishna and Leonard M. Neckers
    • Organizer
      AACR Annual Meeting 2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Real-time Monitoring of in vivo free radical scavengers through hyperpolarized [1-13C] N-acetyl cysteine2020

    • Author(s)
      K. Yamamoto, A. Opina, K. Saito, RM Malinowski, T. Seki, N. Oshima, D. Sail, JR Brender, S Kishimoto, N Deva, JH A-Larsen, JB Mitchell, RE Swenson, MC Krishna
    • Organizer
      ISMRM & SMRT Virtual Conference 2020
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Novel Real-time Hyperpolarized 13C Metabolic Tracer Probes γ-Glutamyl Transferase Activities in vivo Tumor Xenografts2020

    • Author(s)
      T. Seki, K. Yamamoto, N. Oshima, M. Itoda, Y. Kondo, Y. Saito, Y. Takakusagi, S. Kishimoto, JR Brender, RM Malinowski, JH A-Larsen, H. Nonaka, MC Krishna, S Sando
    • Organizer
      ISMRM & SMRT Virtual Conference 2020
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2021-12-27  

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