口腔細菌による代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序の解明

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K10118
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 廣末 晃之 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 特定研究員 (00638182)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 口腔癌 / 口腔細菌叢 / 短鎖脂肪酸 / 酪酸 / エピゲノム / 代謝 / エピゲノム

Outline of Annual Research Achievements

令和4年度は口腔癌の治療抵抗性に関与する代謝とエピゲノム変化を解明するための解析を進めた。酪酸による遺伝子発現変化およびエピゲノム変化については酪酸にて口腔癌細胞株を刺激し、RNA-seq法にて網羅的な遺伝子発現解析を行った。酪酸刺激下で変化した遺伝子の探索にはGO解析やパスウェイ解析を行い、酪酸刺激によって細胞周期関連の遺伝子に変化が生じていることが分かった。
また、エピゲノム変化はヒストンH3の9番目および27番目リジンのアセチル化（H3K9Ac、H3K27Ac）に着目し、酪酸刺激下でのタンパク質の発現変化をウェスタンブロッド法にて解析した。その結果、酪酸刺激により、H3K9Ac、H3K27Acともタンパク質の発現が亢進することが分かった。さらにChIP-seq法にて酪酸刺激によってゲノムワイドでのH3K9Ac、H3K27Acの変化を解析した。RNA-seqによる遺伝子発現変化の結果とChIP-seq法によるH3K9Ac、H3K27Acの集積変化の結果を統合し、連動して変化している遺伝子を抽出した。それらの結果からも、細胞周期に関連する遺伝子が抽出された。
そこで、次に酪酸刺激による細胞周期の解析を実施した。その結果、酪酸刺激により細胞周期はG1期での停止が見られた。酪酸刺激によって細胞周期に関連する遺伝子の発現変化と実際に細胞周期へ影響を及ぼすことが今年度までの解析で分かった。
現在、酪酸刺激によるエネルギー代謝への影響について解析を実施しており、代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序を解明するためにさらなる解析を進めていきたいと考えている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

今年度は口腔癌の治療抵抗性に関与する代謝とエピゲノム変化を解明するための解析を予定していたため、酪酸による遺伝子発現変化およびエピゲノム変化について解析を行った。遺伝子発現変化に関しては、酪酸にて口腔癌細胞株を刺激し、RNA-seq法にて網羅的な遺伝子発現解析を行った。また、エピゲノム変化はヒストンH3の9番目および27番目リジンのアセチル化（H3K9Ac、H3K27Ac）に着目し、酪酸刺激下でのタンパク質の発現変化をウェスタンブロッド法にて、さらにChIP-seq法にてゲノムワイドでのH3K9Ac、H3K27Acの変化を解析した。遺伝子発現変化やエピゲノム解析については予定していた解析を進めることができ、おおむね研究計画に応じた実験が遂行できたと思われる。
現在、酪酸刺激によるエネルギー代謝への影響について解析を進めているところであり、今後更なる解析を進め、口腔細菌による代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序の解明していきたいと考えている。

Strategy for Future Research Activity

今後は口腔癌の治療抵抗性に関与する代謝とエピゲノム変化に関しての解析を中心に行っていく予定である。酪酸による代謝システムの制御を明らかにするため、酪酸刺激下での解糖系や呼吸鎖などのエネルギー代謝の変化を細胞外フラックスアナライ ザーを用いて解析する。酪酸刺激下で解糖系の代謝物である乳酸の測定およびβ酸化の代謝物質であるアセチルCoAを測定し、エピゲノム変化との関連性を見出す。また、酪酸刺激下でメタボローム解析を行い、ダイナミックな代謝リプログラミングの変化を捉える。また、今年度の解析結果で抽出された遺伝子領域のエピゲノム変化に関してもChIP-qPCRを行い、さらに詳細な解析を進めていく予定である。上記の解析を進め、口腔細菌による代謝とエピゲノムのクロストークを介した口腔癌の治療抵抗性機序の解明していきたいと考えている。

Causes of Carryover

細胞株や消耗品の納入に時間を要したため、次年度への使用額が生じた。翌年分として請求した助成金と合わせ、今後の実験に使用する物品費等での使用を計画している。

Research Products

• [Journal Article] FOXM1- Mediated Rugulation of Reactive Oxygen Species and Radioresistance in Oral Squamous Cell Carcinoma Cells. (2023)
  • Author(s): Takeshita H, Yoshida R, Inoue J, Ishikawa K, Shinohara K, Hirayama M, Oyama T, Kubo R, Yamana K, Nagao Y, Gohara S, Sakata J, Nakashima H, Matsuoka Y, Nakamoto M, Hirayama M, Kawahara K, Takahashi N, Hirosue A, Kuwahara Y, Fukumoto M, Toya R, Murakami R, Nakayama H.
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 103 Pages: 100060
  • DOI: 10.1016/j.labinv.2022.100060.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] An oncolytic virus as a promising candidate for the treatment of radioresistant oral squamous cell carcinoma (2022)
  • Author(s): Gohara S, Shinohara K, Yoshida R, Kariya R, Tazawa H, Hashimoto M, Inoue J, Kubo R, Nakashima H, Arita H, Kawaguchi S, Yamana K, Nagao Y, Iwamoto A, Sakata J, Matsuoka Y, Takeshita H, Hirayama M, Kawahara K, Nagata M, Hirosue A, Kuwahara Y, Fukumoto M, Okada S, Urata Y, Fujiwara T, Nakayama H.
  • Journal Title: Molecular Therapy Oncolytics Volume: 27 Pages: 141-156
  • DOI: 10.1016/j.omto.2022.10.001.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Three-dimensional volumetric analysis of the efficiency of marsupialization in patients with mandibular dentigerous cysts involving impacted third molars (2022)
  • Author(s): Hirayama M, Inoue K, Arita H, Takahashi N, Nakashima H, Sakata J, Maeshiro M, Nagao Y, Gohara S, Yamana K, Matsuoka Y, Yuno A, Nakamoto M, Kawahara K, Nagata M, Hirosue A, Fukuma D, Yoshida R, Nakayama H.
  • Journal Title: Journal of Oral and Maxillofacial Surgery, Medicine, and Pathology Volume: 34 Pages: 690-697
  • DOI: 10.1016/j.ajoms.2022.03.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The antioxidative stress regulator Nrf2 potentiates radioresistance of oral squamous cell carcinoma accompanied with metabolic modulation. (2022)
  • Author(s): Matsuoka Y, Yoshida R, Kawahara K, Sakata J, Arita H, Nkashima H, Takahashi N, Hirayama M, Nagata M, Hirosue A, Kuwahara Y, Fukumoto M, Toya R, Murakami R, Nakayama H.
  • Journal Title: Laboratory Investigation Volume: 102 Pages: 869-907
  • DOI: 10.1038/s41374-022-00776-w.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Naringenin potentiates anti-tumor immunity against oral cancer by inducing lymph node CD169-positive macrophage activation and cytotoxic T cell infiltration (2022)
  • Author(s): Kawaguchi S, Kawahara K, Fujiwara Y, Ohnishi K, Pan C, Yano H, Hirosue A, Nagata M, Hirayama M, Sakata J, Nakashima H, Arita H, Yamana K, Gohara S, Nagao Y, Maeshiro M, Iwamoto A, Hirayama M, Yoshida R, Komohara Y, Nakayama H.
  • Journal Title: Cancer Immunology Immunotherapy Volume: 71 Pages: 2127-2139
  • DOI: 10.1007/s00262-022-03149-w.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Factors Affecting Human Damage in Heavy Rains and Typhoon Disasters (2022)
  • Author(s): Naito H, Sueta D, Hanatani S, Ikeda H, Hirosue A, Senokuchi T, Araki E, Tsujita K, Nakayama H, Kasaoka S.
  • Journal Title: The Tohoku Journal Experimental Medicine Volume: 256 Pages: 175-185
  • DOI: 10.1620/tjem.256.175.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Laterality on FDG-PET/CT in clinically node-negative early-stage oral squamous cell carcinoma: a retrospective analysis of patients with late neck metastasis (2022)
  • Author(s): Minamitake A, Murakami R, Shiraishi S, Yoshida R, Sakata J, Hirosue A, Kawahara K, Yamana K, Nakayama H, Kitajima M, Sakamoto F.
  • Journal Title: Oral Radiology Volume: 38 Pages: 438-442
  • DOI: 10.1007/s11282-021-00581-z
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高齢口腔癌治療における治療前栄養評価 (2023)
  • Author(s): 林信、高野昌士、浅香雄一郎、田村優志、瀬田祥平、廣末晃之
  • Organizer: 第41回日本腫瘍学会総会・学術大会
• [Presentation] 高齢口腔癌患者における治療前サルコペニアと予後との関連性の検討 (2023)
  • Author(s): 廣末晃之、林信、新山宗、上田倫弘
  • Organizer: 第41回日本腫瘍学会総会・学術大会
• [Presentation] 口腔癌患者における周術期栄養管理と体組成変化に関する検討 (2023)
  • Author(s): 岡村美帆、廣末晃之、前中あおい、長瀬博美、川原健太、中元雅史、諸富静香、吉田遼司、三島裕子、荒木栄一
  • Organizer: 第26回日本病態栄養学会年次学術集会
• [Presentation] 口腔癌におけるシスプラチンによるカルシウム動体への影響 (2022)
  • Author(s): 篠原光佑、川原健太、平山真弓、鈴木真奈美、高橋望、平山真敏、廣末晃之、吉田遼司、鈴木良弘、中山秀樹
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会
• [Presentation] 放射線耐性口腔扁平上皮細胞によるエクソソームを介したフェロトーシス制御機構の解明 (2022)
  • Author(s): 井上淳貴、吉田遼司、山名啓介、坂田純基、松岡祐一郎、大山徹、石川紘平、久保隆太、高橋望、 平山真敏、竹下尚志、川原健太、廣末晃之、桑原義和、福本学、中山秀樹
  • Organizer: 第81回日本癌学会学術総会