Elucidation of mechanisms in iron-driven pancreatic cancer cell metastasis

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H00443
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 五十嵐 和彦 東北大学, 医学系研究科, 教授 (00250738)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 加藤 浩貴 東北大学, 大学病院, 助教 (50801677)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 膵臓癌 / 転移 / 上皮間葉転換 / 鉄 / BACH1

Outline of Annual Research Achievements

BACH1の発現を操作する実験系としてAIDを用いる系を予定したが、Tet repressorを使う系が順調に進んだことから、これを用いた実験系を優先的に進めた。BACH1ノックアウトマウス線維芽細胞にTet repressor-VP16融合転写因子発現プラスミド、およびTet結合配列を含むプロモーター下流にBACH1コード配列を連結したプラスミドを導入した。薬剤選択後にクローン化し、得られた複数のクローンについてBACH1発現レベルをチェックした。ドキシサイクリン非添加時と添加時を比べると添加時にBACH1発現レベルが上昇することを確認したが、非添加時でもBACH1の発現が観察された。これら細胞株をメルカプトエタノール不含培地で培養したところ、線維芽細胞が効率良く細胞死へ向かうことを見いだした。この細胞死はBACH1非導入細胞では観察されず、また、BACH1導入細胞株ではBACH1発現レベルと細胞死頻度が相関した。さらに、この細胞死は鉄キレート剤、フェロトーシス阻害剤で抑制され、アポトーシス阻害剤等では抑制されないこと、遊離鉄上昇とグルタチオン低下、過酸化脂質上昇などを伴うことから、BACH1再発現が鉄依存性細胞死フェロトーシスを誘発すると結論した。
すい臓癌細胞におけるBACH1による接着分子遺伝子の発現抑制が自由鉄を介することを見いだした。
ヒトすい臓癌細胞株、頭頸部癌細胞株、B細胞株を用いたBACH1やBACH2のクロマチン免疫沈降シークエンスおよびRNAシークエンスのデータを統合解析し、鉄・ヘム代謝に関わるBACH1標的遺伝子候補を同定した。合わせて、炎症応答などがん微小環境形成に関わる可能性のあるBACH1標的遺伝子候補なども同定した。

Current Status of Research Progress

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

Reason

Tet repressor の系は発現の漏れがあったことから、次はAID系の構築を進める。

Strategy for Future Research Activity

項目1　BACH1発現誘導系、BACH1ノックアウト線維芽細胞へ導入し安定発現細胞株を作成し、得られた細胞株におけるBACH1標的遺伝子の発現、鉄代謝の変化、鉄依存性細胞死フェロトーシスの変化を比較する。
項目2　前年度に作成したヒト膵臓癌における鉄関連BACH1標的遺伝子候補リストの中で癌進展と関連が予想されるものについて、ノックダウン実験などにより機能を調べる。
項目3　共同研究先で開発されたBACH1阻害剤の誘導剤を入手し、細胞レベルでのBACH1およびその標的遺伝子発現への作用を確認する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ハノーバー大学医学部(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: ハノーバー大学医学部
• [Int'l Joint Research] パリ大学(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: パリ大学
• [Int'l Joint Research] ウィスコンシン州立大学/オーガスタ大学/サウスカロライナ医科大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ウィスコンシン州立大学/オーガスタ大学/サウスカロライナ医科大学
• [Int'l Joint Research] マーストリヒト大学(オランダ)
  • Country Name: NETHERLANDS
  • Counterpart Institution: マーストリヒト大学
• [Journal Article] BACH1 Expression Is Promoted by Tank Binding Kinase 1 (TBK1) in Pancreatic Cancer Cells to Increase Iron and Reduce the Expression of E-Cadherin. (2022)
  • Author(s): Liu, L., Matsumoto M., Matsui-Watanabe, M., Ochiai, K., Callens, B.K.K., Nguyen,. L.C., Kozuki, Y., Tanaka, M., Nishizawa, H. and Igarashi, K.
  • Journal Title: Antioxidants (Basel) Volume: 11 Pages: 1460
  • DOI: 10.3390/antiox11081460.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heme-dependent induction of mitophagy program during differentiation of murine erythroid cells. (2022)
  • Author(s): Ikeda, M., Kato, H., Shima, H., Matsumoto, M., Furukawa, E., Yan, Y., Liao, R., Xu, J., Muto, A., Fujiwara, T., Harigae, H., Bresnick, E.H. and Igarashi, K.
  • Journal Title: Experimental Hematology Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2022.11.007.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Elucidation of the Role of FAM210B in Mitochondrial Metabolism and Erythropoiesis. (2022)
  • Author(s): Suzuki, C., Fujiwara, T., Shima, H., Ono, K., Saito, K., Kato, H., Onodera, K., Ichikawa, S., Fukuhara, N., Onishi, Y., Yokoyama, H., Nakamura, Y., Igarashi, K., and Harigae, H.
  • Journal Title: Molecular and Cellular Biology Volume: 42 Pages: e0014322
  • DOI: 10.1128/mcb.00143-22.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Congenital sideroblastic anemia model due to ALAS2 mutation is susceptible to ferroptosis. (2022)
  • Author(s): Ono, K., Fujiwara, T., Saito, K., Nishizawa, H., Takahashi, N., Suzuki ,C., Ochi, T., Kato, H., Ishii, Y., Onodera, K., Ichikawa, S., Fukuhara, N., Onishi ,Y., Yokoyama, H., Yamada, R., Nakamura, Y., Igarashi, K. and Harigae H.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Pages: 9024
  • DOI: 10.1038/s41598-022-12940-9.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BACH1-Hemoxygenase-1 axis regulates cellular energetics and survival following sepsis. (2022)
  • Author(s): Cai, L., Arbab, A.S., Lee, T.J., Sharma, A., Thomas, B., Igarashi, K. and Raju, R.P.
  • Journal Title: Free Radical Biology and Medicine Volume: 188 Pages: 134-145
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2022.06.005.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Cys-Pro motifs in the intrinsically disordered regions of the transcription factor BACH1 mediate distinct and overlapping functions upon heme binding. (2022)
  • Author(s): Segawa, K., Igarashi, K. and Murayama, K.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 596 Pages: 1576-1585
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14338.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genetic BACH1 deficiency alters mitochondrial function and increases NLRP3 inflammasome activation in mouse macrophages. (2022)
  • Author(s): Pradhan, P., Vijayan, V., Cirksena, K., Buettner, F.F.R., Igarashi, K., Motterlini, R., Foresti, R. and Immenschuh, S.
  • Journal Title: Redox Biology Volume: 51 Pages: 102265
  • DOI: 10.1016/j.redox.2022.102265.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 転写因子BACH2によるB細胞免疫応答における鉄代謝調節機構 (2022)
  • Author(s): 倉澤 岳志、武藤 哲彦、松本 光代、落合 恭子、 五十嵐 和彦
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 頭頸部癌細胞における転写因子BACH1の細胞死回避機構の解明 (2022)
  • Author(s): 遠藤緋理、松本光代、六郷正博、落合恭子、西澤弘成、五十嵐和彦
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Integration of erythroid differentiation and autophagy by iron-heme metabolism (2022)
  • Author(s): Igarashi K, Kato H, Ikeda M, Fujiwara T, Harigae H
  • Organizer: 第84回日本血液学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Mechanistic connection of ferroptosis and cancer cell metastasis involving BACH1 (2022)
  • Author(s): Igarashi K, Nishizawa H, Liu L, Matsumoto M
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Meeting: Iron, Reactive Oxygen Species & Ferroptosis in Life, Death & Disease
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 東北大学大学院医学系研究科・生物化学分野ホームページ
  • URL: https://www.biochem.med.tohoku.ac.jp