肝排出輸送体による活性代謝物輸送解析と機械学習メタボロミクスによる生体内基質探索

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K06688
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 増尾 友佑 金沢大学, 薬学系, 准教授 (90708140)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 排出輸送体 / BCRP / メタボロミクス / AAV

Outline of Annual Research Achievements

排出輸送体Breast Cancer Resistant Protein (BCRP/ABCG2)は、肝胆管膜のほか、小腸管腔、血液脳関門、腎近位尿細管等の細胞膜に発現する。肝臓は薬物の活性代謝物の生成臓器の一つであり、肝胆管膜に発現するBCRPは肝臓で生成した活性代謝物の体内動態の規定因子になりうる。分子標的薬regorafenibがCYP3A4で代謝されて生成した活性代謝物M-2, M-5は、親化合物であるregorafenibよりも薬理活性が強く、BCRPの基質でもある。肝に発現するBCRPがM-2, M-5の体内動態への寄与を評価した。
前年度に作製したマウスBcrpを標的としたshRNAをコードするアデノ随伴ウイルスAAV8-shBcrpを野生型マウスに投与することで、肝選択的なBcrpノックダウンマウスを構築した。M-5の体内動態における肝Bcrpの役割を直接調べるため、野生型マウスにAAV8-shBcrpを静脈内投与して3週間後に、M-5をマウスに静脈内投与した。AAV-shBcrpを投与したマウスは、対照群よりも血漿および肝臓のM-5濃度が高い一方で、M-5の胆汁排泄量が低かったことから、M-5の体内動態に肝のBcrpが直接的に関与することが明らかになった。本研究は、AAVによる肝選択的なノックダウンを利用することで、肝における排出輸送体BCRPの体内動態を初めて明らかにした。今後、肝と他臓器間で、各種BCRP基質化合物の体内動態におけるBCRPの関与を定量的に比較する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

薬物regorafenibの活性代謝物M-2, M5の肝における排出輸送体の寄与を解明できた。肝選択的ノックダウンマウスは定期的かつ安定的に作成しており、生体内基質探索に必要な実験群を順次作製、サンプリング中である。メタボロミクス解析は、機械化のワークフローを構築済みであり、サンプルセットが回収でき次第、測定および解析を開始できる状況にある。

Strategy for Future Research Activity

AAV8-shBcrpを投与することで肝選択的にBcrpをノックダウンしたマウスの血漿、肝、胆汁中における化合物濃度をメタボロミクスで網羅的に検出する。また、1、2、3週間と経時的に採取して比較する。その際に、メタボロミクスのデータ解析を自動化することで、各種組み合わせ間の比較を効率化することで、肝でのBCRP機能を鋭敏に反映する生体内BCRP基質を探索する。本研究は、活性代謝物の体内動態に寄与する膜輸送体の機能解明を通じて、有効かつ安全な薬物治療へ貢献できるのみならず、膜輸送体BM探索の分野に新たな解明ツールを提供することができる。

Research Products

• [Journal Article] L-type amino acid transporter 1 in hypothalamic neurons in mice maintains energy and bone homeostasis. (2023)
  • Author(s): Park G, Fukasawa K, Horie T, Masuo Y, Inaba Y, Tatsuno T, Yamada T, Tokumura K, Iwahashi S, Iezaki T, Kaneda K, Kato Y, Ishigaki Y, Mieda M, Tanaka T, Ogawa K, Ochi H, Sato S, Shi YB, Inoue H, Lee H, Hinoi E.
  • Journal Title: JCI Insight Volume: 8 Pages: e154925
  • DOI: 10.1172/jci.insight.154925
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Adeno-associated virus-mediated knockdown demonstrates the major role of hepatic Bcrp in the overall disposition of the active metabolite of the tyrosine kinase inhibitor regorafenib in mice. (2023)
  • Author(s): Al-Shammari AH, Masuo Y, Yoshino S, Yamashita R, Ishimoto T, Fujita K, Kato Y.
  • Journal Title: Drug Metab Pharmacokinet Volume: 49 Pages: 100483
  • DOI: 10.1016/j.dmpk.2022.100483
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A physiologically based pharmacokinetic and pharmacodynamic model for disposition of FF-10832. (2022)
  • Author(s): Matsumoto T, Masuo Y, Tanaka A, Kimura T, Ioroi T, Yamakawa T, Kitahara H, Kato Y.
  • Journal Title: Int J Pharm Volume: 627 Pages: 122250
  • DOI: 10.1016/j.ijpharm.2022.122250
  • Peer Reviewed
• [Presentation] アデノ随伴ウィルスによる肝選択的ノックダウンによる肝BCRPの機能評価 (2022)
  • Author(s): 増尾友佑、吉野将太郎、Alshammari Aya、山下怜矢、石本尚大、加藤将夫
  • Organizer: 日本薬剤学会第37年会
• [Presentation] アンターゲットメタボロミクスによる膜輸送体BCRPバイオマーカーの探索 (2022)
  • Author(s): 増尾友佑、Rina Agustina、加藤将夫
  • Organizer: 第16回メタボロームシンポジウム
• [Presentation] 食餌由来高分子核酸の小腸膜透過と循環血への吸収性の構造特性に基づいた比較 (2022)
  • Author(s): 増尾友佑、西澤友希、桐山恵介、藤田美華、須藤慶太、加藤将夫
  • Organizer: 日本薬物動態学会第37回年会
• [Presentation] 生体内化合物の臓器ハンドリング解明を目指した動静脈アンターゲットメタボロミクス (2022)
  • Author(s): 須崎智子、増尾友佑、及川夏月、加藤将夫
  • Organizer: 日本薬物動態学会第37回年会
• [Presentation] 構造選択的メタボロミクスによる膜輸送体の生体内基質同定 (2022)
  • Author(s): 増尾友佑
  • Organizer: 日本薬学会北陸支部第134回例会
  • Invited
• [Presentation] レンバチニブ投与患者血漿検体のメタボロミクス解析による薬効バイオマーカー探索 (2022)
  • Author(s): 水戸守智香、増尾友佑、荒井潤、松本奈都美、鈴木康介、吉田仁、藤田健一、加藤将夫
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会・第43回日本臨床薬理学会学術総会
• [Remarks] 金沢大学医薬保健研究域薬学系 分子薬物治療学研究室ホームページ
  • URL: https://bunyaku.w3.kanazawa-u.ac.jp/