腫瘍壊死因子が産生する活性酸素によるシグナル制御と炎症と発がん

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 15H01406
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 鎌田 英明 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 准教授 (10233925)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 活性酸素 / 発がん / 肝細胞がん / 炎症 / 胆汁酸 / HNF4 / Cyp遺伝子

Outline of Annual Research Achievements

肝細胞内で産生されたROSは、細胞死と代償性細胞増殖により肝細胞がん(HCC)を促進することが知られている。また活性酸素種(ROS)産生を細胞質のIKKβは抑制するが、核内のIKKβはキナーゼ活性非依存的にROSの産生を誘導する。肝細胞内で産生されたROSの炎症と発がんにおける意義を明らかにするために、核内移行シグナルを融合したキナーゼ活性欠損型IKKβを発現させ、肝細胞特異的に細胞質のIKKβを欠損するマウス (Tg-NLS-IKKβKN IKKβΔhepマウス)を作成した。このマウスは出生直後から肝小葉で広範な細胞死と炎症が進行して、線維化の進展により肝硬変の病態を呈した。このマウスに対してジエチルニトロサミン(DEN)による化学発がん実験を行った。驚くべきことにIKKβを欠損するマウスではDENによりHCCを高頻度に発生するのに対して、今回作成したTg-NLS-IKKβKN IKKβΔhepマウスではHCCの発生が顕著に減少することが判明した。マイクロアレイ等による網羅解析の結果、このマウスではP450(CYP)遺伝子の発現が抑制されており、DENの代謝が抑制されるために変異原性が減少することがHCCの抑制につながると考えられた。さらにクロマチン沈降法による解析の結果、肝細胞で重要な役割をになう転写因子HNF4αのCYP遺伝子のプロモーターへの結合が減少することにより遺伝子発現が抑制されることが判明した。このマウスでは胆汁酸が亢進することによりFXRが活性化されており、FXRを介してHNF4αの機能が低下することが判明した。肝臓で産生されたROSは胆汁酸を介して遺伝子発現を改変し、HCCの抑制につながることが見いだされた。ROSは代償性細胞増殖を介して発がんを亢進する機能の一方で、遺伝子発現を介して発がんを抑制する機能も併せ持つことが明らかになった。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究は、Tg-NLS-IKKβKN IKKβΔhepマウスではROSの産生が亢進しているにもかかわらず、DENによる化学発がんが抑制されるという現象に着目して、この分子機構を明らかにすることによりROSと発がんの新たな関係を解明することを目的とした。当初はこのマウスにおけるHCCの抑制には、ROSの産生を起点とした肝線維化ががん微小環境を改変させて発がん抑制につながることを想定して解析を進めていたが、マイクロアレイによる網羅的遺伝子発現解析の結果、HNF4αの機能が低下することが化学発がんの抑制の主要な原因であることが明らかになった。さらにこの抑制には胆汁酸によるFXRの活性化が関与することが見いだされた。細胞内で産生されたROSのシグナルは細胞死による代償性細胞増殖を引き起こして発がんを亢進する一方で、胆汁酸を介して遺伝子発現の改変により発がんを抑制する機能も有していることが明らかにされた。このことはROSによる細胞死や炎症の亢進が発がんを抑制するという驚くべき結果であり、ROSの生理機能における多面的で多重的な役割を表していると考えられた。当初の予定に想定していなかった新たな現象を見いだした。ROSと発がんをつなぐ分子機構を解明した点において、本研究は当初の研究計画以上に大きく進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

本研究ではIKKβ遺伝子の改変によるROS産生が、胆汁酸を介して遺伝子発現を改変することにより発がんを抑制することを明らかにした。しかしながらIKKβ遺伝子の改変がなぜROS産生につながるのか、なにがROS産生の引き金をひくのか、ROSを産生する分子機構は何かを解明する必要がある。当初の研究計画を遂行するとともに、ROS賛成の分子機構を明らかにする予定である。また我々はROSがMAPキナーゼホスファターゼ(MKP)を抑制する現象を見いだしているが、MKPを肝細胞で過剰発現させるとNK細胞が関与する肝障害を軽減することを見いだした。ROSのシグナルを受容したMKPの炎症と発がんへの関与についても、当初の研究計画に従って解析する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Involvement of resistin-like molecule β in the development of methionine-choline deficient diet-induced non-alcoholic steatohepatitis in mice. (2016)
  • Author(s): Okubo H, Kushiyama A, Sakoda H, Nakatsu Y, Iizuka M, Taki N, Fujishiro M, Fukushima T, Kamata H, Nagamachi A, Inaba T, Nishimura F, Katagiri H, Asahara T, Yoshida Y, Chonan O, Encinas J, Asano T.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Pages: 20157
  • DOI: 10.1038/srep20157
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HECT‐Type Ubiquitin E3 Ligase ITCH Interacts With Thioredoxin‐Interacting Protein and Ameliorates Reactive Oxygen Species Induced Cardiotoxicity (2016)
  • Author(s): Yoichiro Otaki, Hiroki Takahashi, Tetsu Watanabe, Akira Funayama, Shunsuke Netsu, Yuki Honda, Taro Narumi, Shinpei Kadowaki, Hiromasa Hasegawa, Shintaro Honda, Takanori Arimoto, Tetsuro Shishido, Takuya Miyamoto, Hideaki Kamata, Osamu Nakajima, Isao Kubota
  • Journal Title: Journal of American Heart Association Volume: 5 Pages: e002485
  • DOI: 10.1161/JAHA.115.002485.
• [Journal Article] Prolyl Isomerase Pin1 Negatively Regulates AMPK by Associating with the CBS Domain in the γ-subunit. (2015)
  • Author(s): Yusuke Nakatsu, Misaki Iwashita, Hideyuki Sakoda, Hiraku Ono, Kengo Nagata, Yasuka Matsunaga, Toshiaki Fukushima, Midori Fujishiro, Akifumi Kushiyama, Hideaki Kamata, Shin-Ichiro Takahashi, Hideki Katagiri,Hiroaki Honda, Hiroshi Kiyonari, Takafumi Uchida, and Tomoichiro Asano.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 290 Pages: 24255-24266
  • DOI: 10.1074/jbc.M115.658559
• [Journal Article] LUBAC formation is impaired in the livers of mice with MCD-dependent non-alcoholic steatohepatitis (2015)
  • Author(s): Yasuka Matsunaga, Yusuke Nakatsu, Toshiaki Fukushima, Hirofumi Okubo, Misaki Iwashita, Hideyuki Sakoda, Midori Fujishiro, Takeshi Yamamotoya, Akifumi Kushiyama, Shin-Ichiro Takahashi, Yoshihiro Tsuchiya, Hideaki Kamata, Fuminori Tokunaga, Kazuhiro Iwai, and Tomoichiro Asano.
  • Journal Title: Mediators of inflammation Volume: 2015 Pages: 125380
  • DOI: 10.1155/2015/125380.
• [Journal Article] Pin1 inhibitor Juglone exerts anti-oncogenic effects on LNCaP and DU145 cells despite the patterns of gene regulation by Pin1 differing between these cell lines (2015)
  • Author(s): Ryuhei Kanaoka, Akifumi Kushiyama, Yasuyuki Seno, Yusuke Nakatsu, Yasuka Matsunaga, Toshiaki Fukushima, Yoshihiro Tsuchiya, Hideyuki Sakoda, Midori Fujishiro, Takeshi Yamamotoya, Hideaki Kamata, Akio Matsubara, and Tomoichiro Asano.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Pages: e0127467
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0127467.
• [Journal Article] DPP-4 inhibitor anagliptin exerts anti-inflammatory effects on macrophages, adipocytes, and mouse livers by suppressing NF-κB activation (2015)
  • Author(s): Takanori Shinjo, Yusuke Nakatsu, Misaki Iwashita, Tomoni Sano, Hideyuki Sakoda, Hisamitsu Ishihara, Akifumi Kushiyama, Midori Fujishiro, Toshiaki Fukushima, Yoshihiro Tsuchiya, Hideaki Kamata, Fusanori Nishimura1, Tomoichiro Asano.
  • Journal Title: American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism Volume: 309 Pages: E214-23
  • DOI: 10.1152/ajpendo.00553.2014.
• [Journal Article] The xanthine oxidase inhibitor febuxostat suppresses development of nonalcoholic steatohepatitis in a rodent model (2015)
  • Author(s): Yusuke Nakatsu, Yasuyuki Seno, Akifumi Kushiyama, Hideyuki Sakoda, Midori Fujishiro, Aya Katasako, Keiichi Mori, Yasuka Matsunaga, Toshiaki Fukushima, Ryuhei Kanaoka, Takeshi Yamamotoya, Hideaki Kamata, Tomoichiro Asano
  • Journal Title: American Journal of Physiology - Gastrointestinal Liver Physiology Volume: 309 Pages: G42-51
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00443.2014.
• [Journal Article] Nedd4-induced mono-ubiquitination of IRS-2 enhances IGF signaling and mitogenic activity. (2015)
  • Author(s): Toshiaki Fukushima, Hidehito Yoshihara, Haruka Furuta, Fumihiko Hakuno, Jing Luan, Cunming Duan, Yasushi Saeki, Keiji Tanaka, Shun-Ichiro Iemura, TohruNatsume, Kazuhiro Chida, Yusuke Nakatsu, Hideaki Kamata, Tomoichiro Asano, and Shin-Ichiro Takahashi
  • Journal Title: Nature communications Volume: 6 Pages: 6780
  • DOI: 10.1038/ncomms7780
• [Journal Article] Mosapride citrate improves nonalcoholic steatohepatitis with increased fecal lactic acid bacteria and plasma glucagon-like peptide-1 level in a rodent model. (2015)
  • Author(s): Hirofumi Okubo, Yusuke Nakatsu, Hideyuki Sakoda, Akifumi Kushiyama, Midori Fujishiro, Toshiaki Fukushima, Yasuka Matsunaga, Haruya Ohno, Masayasu Yoneda, Hideaki Kamata, Takanori Shinjo, Misaki Iwashita, Fusanori Nishimura, and Tomoichiro Asano
  • Journal Title: American Journal Physiolgy-Gastrointestinal and Liver Physiogy Volume: 308 Pages: 151-158
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00198.2014.
• [Presentation] RelAの転写活性化ドメインを介したIKK活性制御機構 (2015)
  • Author(s): 土谷佳弘 樋口徹 松永泰花 高橋江奈 中津祐介 浅野知一郎 鎌田英明
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会 第87回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] 非アルコール性肝炎におけるLUBAC形成障害の解析 (2015)
  • Author(s): 松永泰花 中津祐介 福嶋俊明 大久保博史 岩下未咲 迫田秀之 藤城緑 山本屋武 櫛山暁史 高橋伸一郎 土谷佳弘 鎌田英明 徳永文稔 岩井一宏 浅野知一郎
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会 第87回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] 計画的細胞死にともなう細胞内レドックスと小胞輸送系の改変 (2015)
  • Author(s): 樋口徹 土谷佳弘 金本麻裕 高橋江奈 中津祐介 浅野知一郎 鎌田英明
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会 第87回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04