2021 Fiscal Year Research-status Report
Respiratory chain activity as a target of tumor-agnostic therapy in highly glycolytic/low respiratory tumors
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21K06809
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| Research Institution | Showa University |
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Principal Investigator |
柴沼 質子 昭和大学, 薬学部, 教授 (60245876)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日暮 大渡 昭和大学, 薬学部, 助教 (50882487)
森 一憲 昭和大学, 薬学部, 講師 (60349040)
石川 文博 昭和大学, 大学共同利用機関等の部局等, 講師 (60515667)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ミトコンドリアストレス応答機構 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題は、近年、ヒト腫瘍のかなりの割合を占めることがわかったミトコンドリアDNA/RNA/呼吸鎖活性低下（mt-Low）癌に対する個別化医療のために、有効な治療標的を同定することを目的としている。手がかりとして、最近、申請者らは、mt-Low癌細胞が呼吸鎖阻害剤（RI）に対して高度に感受性であることを見出した。これは、mt-Low癌に対して、呼吸鎖を標的とする戦略が有効である可能性を示唆している。そこで、その実証のために、3項目の検討を計画している。
初年度である令和3年度は、そのうち項目（1）「mt-Low癌細胞がRIに対して高度に感受性を示すメカニズム『呼吸鎖活性-代謝ストレス応答系（AMPK/NAD+/SIRT/PGC-1α）の共役機構の破綻』の実態を明らかする」について検討を加えた。AMPKは代謝ストレス応答の要となる分子であり、ミトコンドリアの生合成を含め、ストレス下でのエネルギー産生系の制御に重要な役割を担っている。AMPKが十分に活性化されないと細胞はストレスに対抗できずに死に至る。mt-Low細胞がRIに対して高感受性である原因として、呼吸鎖阻害剤の存在下で通常ATP↓/AMP↑を介して起動するAMPKストレス応答系が起動しないことが考えられた。
そこで、RI存在下、低分子薬物や遺伝子操作を用いてAMPKの発現や活性を操作して細胞死への影響を観察したところ、仮説通りAMPKの活性化剤によりmt-Low細胞の生存が可能となり、阻害剤やRNAiによりmt-Normal細胞に細胞死が誘導されることが確認できた。また、AMPKの下流では、想定したSIRT1/PGC-1α経路によるミトコンドリアの生合成系ではなく、解糖系の制御が細胞の生存に働いていることがわかった。
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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
本課題では、目的達成のために、以下の3項目（1）mt-Low癌細胞が呼吸鎖阻害剤（RI）に対して高度に感受性を示すメカニズム『呼吸鎖活性-代謝ストレス応答系（AMPK/NAD+/SIRT/PGC-1α）の共役機構の破綻』の実態を明らかする、（2）呼吸鎖の複合体構成因子に対するsiRNAについて、RI同様の有効性を示すものを探索し、核酸医薬候補を得ると同時に、有効なsiRNAの標的機能から、最終的な細胞死の原因に関する情報を得る、（3）低濃度RIの個体に対する安全性、有効性を調べ、臨床応用の可能性を示す、を計画している。
令和3年度には、（1）と（2）を予定していたが、そのうち、（1）に関して、ほぼ予定通り、破綻の実態を把握することができた。具体的には、mt-Low細胞では、RI処理後、ATPの減少がみられずAMPKが活性化されない、もしくは見られた場合、AMPKが活性化されるが、その活性化が持続せず、十分にストレス応答系が機能しないことがわかった。さらに、AMPKの下流で機能している因子についても候補を見出すことが出来た。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度は、令和3年度の結果を受けて、（1）mt-Low癌細胞がRIに対して高度に感受性を示すメカニズム『呼吸鎖活性-代謝ストレス応答系の共役機構の破綻』の実態に関する結論を得る。令和3年度の結果より、AMPKの下流経路が、当初想定したNAD+/SIRT/PGC-1αではなく、解糖系の律速段階を制御するPFKFB3による解糖系の制御である可能性が濃厚となった。従って、AMPKの下流経路に関しては対象を変更して、細胞生存との関係の詳細を解析する。
次いで、計画に沿って、（2）呼吸鎖の複合体構成因子に対するsiRNAについて、RI同様の有効性を示すものを探索する。核酸医薬候補を得ると同時に、有効なsiRNAの標的機能から、最終的な細胞死の原因（TCA回路等、生存/恒常性維持に必須の呼吸鎖関連機能の不全）に関する情報を得る。得た情報を元に、死因の解析を進める
順調に推移した場合は、RIのin vivoでの抗腫瘍効果の検討のために、（3）低濃度RIのin vivoにおける安全性、有効性の検討を開始する。マウスにRIを投与して、生存に影響のない濃度範囲を調べる。
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| Causes of Carryover |
奨学寄付金を得ることが出来たため、本研究費からの出費が予定よりも少額となった。
次年度使用額については、最近の円安傾向により値段が高騰している牛胎児血清（細胞培養に必須）の購入費用の一部として使用することを予定している。
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