2015 Fiscal Year Annual Research Report
mTORの癌幹細胞・低酸素/低栄養状態での放射線抵抗性への寄与の解明
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26293271
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
細井 義夫 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (50238747)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 放射線 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、低酸素/低栄養状態などのストレスに反応して細胞増殖を停止させてautophagyを活性化させるための中心的な役割を担うmTORが、放射線感受性に関与していることが報告されている。低酸素/低栄養状態は癌幹細胞や潜在的致死損傷からの回復(PLDR)に深く関与していると考えられている。これまで、低酸素は放射線抵抗性の原因として多くの研究がなされてきたが、低栄養に関してはこれまで放射線感受性との関係で研究は行われてこなかった。本研究では、低栄養状態での放射線抵抗性に対するmTORの関与を明らかにし、癌幹細胞等の低酸素/低栄養状態での放射線抵抗性を選択的に解除する分子標的を探求することを目的とした。申請者らは培養ヒト肝癌細胞であるHepG2細胞が、低栄養状態で培養することによりmTORが活性化する事を新たに見出した。これまで低栄養状態でmTORが活性化するという報告はない。さらに、低栄養状態でのmTOR活性化が、血糖値の維持に関与している肝臓の機能に根ざしているのではないかと考えて、他の培養ヒト肝癌細胞を用いて低栄養状態でmTORが活性化するかどうかを検討した。その結果、培養ヒト肝芽腫細胞であるHuH6細胞も低栄養状態で培養することによりmTORが活性化する事を見出した。mTORの活性化を阻害する事が報告されているAMPK、ATM、HIF1αとmTORの活性化を誘導するAktについて、低栄養状態がこれらに与える影響について調べた。その結果、低栄養状態によってAMPKとAktは活性化し、HIF1αは影響を受けず、ATMは一定の傾向を示さなかった。さらに、低栄養状態は肝癌細胞の放射線感受性を高め、その放射線増感効果はmTORをsiRNAやラパマイシンで阻害することにより阻害された。これらの結果を論文として発表した（Murata Y., Uehara Y., Hosoi Y. BBRC 468: 684-690, 2015.)。
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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
平成27年度の研究では低栄養状態における細胞の放射線感受性とmTORの関係に関しては予想以上の成果を得る事ができた。すなわち、低栄養状態がmTORに及ぼす影響と放射線感受性との関係について、低栄養状態によりmTORが活性化する細胞を見つける事ができたため、低栄養状態がmTORと放射線感受性に及ぼす影響を解明することができた。これらの研究結果を論文としてまとめ、公表する事ができた（Murata Y., Uehara Y., Hosoi Y. Activation of mTORC1 under nutrient starvation conditions increases cellular radiosensitivity in human liver cancer cell lines, HepG2 and HuH6. BBRC 468: 684-690, 2015.)。生体内では低栄養状態と低酸素状態は必ず同時に起こる。低酸素状態では放射線抵抗性であることが知られているが、低酸素状態に低栄養状態を加えるとLM217細胞では、さらに放射線抵抗性になることが明らかとなった。今年度は、低酸素状態の放射線抵抗にmTORが関与しているかどうかを明にするためにsiRNAを用いてmTORをノックダウンし放射線感受性に及ぼす影響を検討している。現在はさらに、低酸素下での低栄養による放射線抵抗性化の機序の解明を進めている。このように研究は順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度までに、低栄養状態がmTORを介して放射線感受性に及ぼす影響を明らかにすることができた。今年度は、低栄養状態および低酸素＋低栄養状態が放射線抵抗性を誘導する機序を解明する。
（１）低酸素＋低栄養状態におけるHIF1の発現抑制の機序解明
低酸素により誘導される転写因子HIF1は、低酸素による放射線抵抗性の原因と考えられてきた。また、その阻害剤を用いて低酸素による放射線抵抗性を解除し放射線増感しようとする試みがなされてきた。しかし、我々の実験結果では低酸素状態ではHIF1のタンパク質量は増加するが、低酸素＋低栄養状態では逆にタンパク質量は強く抑制される事が明らかになった。この事は既に報告がなされていたが、低酸素＋低栄養状態でHIF1の発現がほぼ消失する機序に関しては明らかになっていない。今年度は、低酸素＋低栄養状態でHIF1の発現が消失する機序を解明したい。
（２）低栄養および低酸素＋低栄養状態による放射線抵抗性誘導の原因解明
これまでに、肝癌細胞以外の細胞では低栄養状態は細胞を放射線抵抗性に導くことが明らかになった。放射線抵抗性誘導には、mTORとAMPKが関与している事を明らかにしつつあるが、どのような機序により放射線抵抗性が誘導されるかの具体的な情報伝達経路は明らかでない。放射線抵抗性が誘導されるためには、DNA2重鎖切断修復機構か活性酸素除去機構のどちらかが変化してるはずである。今年度は、低栄養が放射線抵抗性を誘導する情報伝達経路を明らかにするための研究を行って行く予定である。当初はmTORとAMPKをsiRNAでノックダウンし、それによる変化から情報伝達経路を探索する予定である
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| Causes of Carryover |
昨年度は、抗体、ウエスタン関連試薬、培養用試薬、培養用ピペット等について、研究室にあったものを用いたため、新規購入が少なくなった。また、実験が順調に進行し、投稿論文の作成に時間を要し、使用額は少なくなった。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
今年度以降は新しく物品を購入することが必要となるために、物品費の必要性は高まる。、また、今年度はsiRNAによるノックダウンや新規抗体の作成を予定しているため、経費が必要となる。
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