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Screening of molecular target for cancer therapy by using chemical genetics and functional genomics

Research Project

Project/Area Number 16H05105
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Research Field Drug development chemistry
Research InstitutionJapanese Foundation for Cancer Research

Principal Investigator

旦 慎吾  公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 分子薬理部, 部長 (70332202)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 田中 伯享  公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 分子薬理部, 研究員 (30815882)
大橋 愛美  公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 分子薬理部, 主任研究助手 (50727427)
赤塚 明宣  公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 分子薬理部, 研究員 (30649364)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2018: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2017: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2016: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000)
Keywordsケミカルバイオロジー / 薬剤反応性 / 機能ゲノミクス / インフォマティクス / 合成致死 / ケミカルジェネティクス / 脆弱性 / 分子標的 / 遺伝子異常
Outline of Annual Research Achievements

がんの新たな治療標的とその阻害剤を見出すために、ケミカルジェネティクスによるアプローチとして、当部でこれまでに取りためた数千種類の抗がん物質のJFCR39パネル感受性データを用いて、一部のがん細胞にのみ奏功しその他の細胞には影響しない物質を複数同定した。その1つとして見出したゲフィチニブは、EGFR遺伝子に活性化変異を持つ肺がんに奏功することが知られるが、意外にもEGFRの遺伝子変異を有さず、タンパク質レベルでもまったく発現していない肺がん細胞株に奏功することがわかった。JFCR39のオミックスデータを照会したところ、本細胞株はErbB4タンパク質を過剰発現しており、ゲフィチニブによる増殖抑制に伴いErbB4の脱リン酸化が認められた。本細胞株はErbB4を発現ノックダウンした際に特異的に増殖が抑制されたことから、ErbB4が本細胞株のアクショナブルな標的であると考えられる。一方、白血病治療に用いられる代謝拮抗剤がいくつかの癌腫由来細胞株に著効することを見出し、薬剤抵抗性に高い関連を示す一塩基変異(SNV)を抽出した。薬効が高い細胞株はすべて当該SNVが野生型ホモであったが、片アリルまたは両アリルに変異型を有する細胞株はすべて抵抗性を示した。このSNVと薬剤感受性の因果関係を調べるため、CRISPR/Cas9による変異導入株の構築を進めた。
一方、機能ゲノミクスによるアプローチとして、バーコードshRNA発現レンチウイルスライブラリーを用いた実験を開始した。具体的には、特定の細胞株にレンチウイルスを感染させた5日後を起点に、一定期間の培養を経て増減するshRNAを同定するとともに、ゴルジ機能阻害剤やチロシンキナーゼ阻害剤存在下の培養で増減するshRNAの解析を進めた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では「一部のがん細胞に選択的な抗がん効果を示す」薬剤またはshRNAをプローブに、がん治療の重要な新規分子標的候補とその治療薬を同定することを目的としている。ケミカルジェネティクスによるアプローチとして、JFCR39がん細胞パネルデータから一部のがん細胞にのみ奏功しその他の細胞には影響しない物質として、チロシンキナーゼ阻害剤ゲフィチニブと代謝拮抗剤Aを含む既知の抗がん剤や新規抗がん物質を抽出し、それぞれについてその分子メカニズムや感受性予測しうる分子の解析が順調に進んでいる。ゲフィチニブについて、EGFR遺伝子に活性化変異がなく、発現も認められない肺がん細胞株に著効を示したのは、本細胞株で過剰発現をしているErbB4を阻害することに起因することを明らかにした。また、代謝拮抗剤Aについては、奏功しないとされた癌腫細胞の一部で良好な効果を示すこと、その感受性に強い関連を示す一塩基変異を同定した。また、これら2剤以外の既知抗がん剤や新規抗がん物質についても解析を進めており、さらなる成果が期待される。この解析により、薬剤の直接ターゲットおよび感受性を規定する分子メカニズムが明らかにできれば、新たな分子標的薬の開発に加え、既存薬の適応拡大のためのバイオマーカーにも利用できる可能性がある。
一方、バーコードshRNA発現レンチウイルスライブラリーを用いた実験については、初年度に実験条件の最適化に手間取ったものの、本年度より、一定期間の培養後に消失ないし増加するshRNAの解析を進めている。また、ゴルジ機能阻害剤やチロシンキナーゼ阻害剤との合成致死を起こすshRNAや、逆に薬剤耐性になるshRNAのスクリーニングにも着手した。このように、概ね順調に進んでいると言える。

Strategy for Future Research Activity

上記のクライテリアを満たすものとして見出してきた薬剤やshRNAに着目し、研究を進めていく。まず、ゲフィチニブについて、本年度までにErbB4に依存した増殖様式を示す肺がんに奏功すること、増殖抑制に伴い、ErbB4の脱リン酸化が起こることを示した。来年度は、実際に生化学的にErbBファミリーの受容体チロシンキナーゼ(RTK)に対する阻害効果を確認するとともに、本細胞株に対しゲフィチニブより強い抗がん活性を示した他の化合物についてもErbB4およびErbBファミリーRTKに対する阻害効果について解析を進める。また、代謝拮抗剤の感受性に高い関連を認めた一塩基変異(SNV)については、引き続き複数の野生型ホモの感受性株に対してCRISPR/Cas9を用いた変異導入を進め、当該遺伝子のミスセンス変異と抗がん活性の因果関係を明らかにしていく。以上に加え、一部のがん細胞株に選択的に抗がん効果を示した化合物について、抗がん効果と相関の高い発現量を示した遺伝子の抽出を行い、それらについてRNA干渉を利用した発現ノックダウンにより抽出された遺伝子の機能解析を進めていく。一方、バーコードshRNA発現レンチウイルスライブラリーを用いた実験については、本年度に引き続き、一定期間の培養後に消失ないし増加するshRNAの解析に加え、注目する抗がん剤との合成致死を起こすshRNAや、逆に薬剤耐性になるshRNAのスクリーニングを進めていく。以上により、がん細胞特異的抗がん効果への分子機構を明らかにし、それに基づいた新たながん分子標的治療法を提案したい。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report

Research Products

(33 results)

All 2018 2017 2016 Other

All Journal Article Presentation Remarks

  • [Journal Article] TUFTI interacts with RABGAP1 and regulates mTORCI signaling.2018

    • Author(s)
      Kawasaki N, Isogaya K, Dan S, Yamori T, Takano H, Yao R, Morishita Y, Taguchi L, Morikawa M, Heldin CH, Noda T, Ehata S, Miyazono K, Koinuma D.
    • Journal Title

      Cell Discov

      Volume: 4 Pages: 1-1

    • DOI
      10.1038/s41421-017-0001-2
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Synthesis and biological activities of acetal analogs at position 3 of 10-methyl-aplog-1, a potential anti-cancer lead derived from debromoaplysiatoxin.2018

    • Author(s)
      Hayakawa K, Hanaki Y, Tokuda H, Yanagita RC, Nakagawa Y, Okamura M, Dan S, Irie K.
    • Journal Title

      Heterocycles

      Volume: in press

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Family-wide Analysis of the Inhibition of Arf Guanine Nucleotide Exchange Factors with Small Molecules: Evidence of Unique Inhibitory Profiles.2017

    • Author(s)
      Benabdi S, Peurois F, Nawrotek A, Chikireddy J, Caneque T, Yamori T, Shiina I, Ohashi Y, Dan S, Rodriguez R, Cherfils J, Zeghouf M.
    • Journal Title

      Biochemistry (Mosc)

      Volume: 56(38) Pages: 5125-5133

    • DOI
      10.1021/acs.biochem.7b00706
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Loss of the phenolic hydroxyl group and aromaticity from the side chain of anti-proliferative 10-methyl-aplog-1, a simplified analog of aplysiatoxin, enhances its tumor-promoting and proinflammatory activities.2017

    • Author(s)
      Hanaki Y, Kikumori M, Tokuda H, Okamura M, Dan S, Adachi N, Saito N, Yanagita RC, Irie K.
    • Journal Title

      Molecules

      Volume: 22 Issue: 4 Pages: 631-631

    • DOI
      10.3390/molecules22040631
    • NAID
      120006363289
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Convergent synthesis of stereoisomers of THF ring moiety of acetogenin thiopheno analogue and thoir antiproliferative activities against human cancer cell lines.2017

    • Author(s)
      Matsumoto T, Kojima N, Akatsuka A, Yamori T, Dan S, Iwasaki H, Yamashita M.
    • Journal Title

      Tetrahedron

      Volume: 73 Issue: 17 Pages: 2359-2366

    • DOI
      10.1016/j.tet.2017.03.011
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Targeting the Golgi apparatus to overcome acquired resistance of non-small cell lung cancer cells to EGFR tyrosine kinase inhibitors2017

    • Author(s)
      Ohashi Y, Okamura M, Katayama R, Fang S, Tsutsui S, Akatsuka A, Shan M, Choi HW, Fujita N, Yoshimatsu K, Shiina I, Yamori T, Dan S.
    • Journal Title

      Oncotarget

      Volume: 9(2) Pages: 1641-1655

    • DOI
      10.18632/oncotarget.22895
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A novel thiophene-3-carboxamide analog of annonaceous acetogenin exhibits antitumor activity via inhibition of mitochondrial complex I2016

    • Author(s)
      Akatsuka A, Kojima N, Okamura M, Dan S, Yamori T.
    • Journal Title

      Pharmacology Research & Perspectives

      Volume: 4(4)

    • DOI
      10.1002/prp2.246
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] M-COPA, a Golgi Disruptor, Inhibits Cell Surface Expression of MET Protein and Exhibits Antitumor Activity against MET-Addicted Gastric Cancers.2016

    • Author(s)
      Ohashi Y, Okamura M, Hirosawa A, Akatsuka A, Shiina I, Yoshimatsu K, Yamori T, Dan S.
    • Journal Title

      Cancer Res.

      Volume: in press Pages: 3895-3903

    • DOI
      10.1158/0008-5472.can-15-2220
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] M-COPA, a novel Golgi system disruptor, suppresses apoptosis induced by Shiga toxin2016

    • Author(s)
      Hattori T, Watanabe-Takahashi M, Shiina I, Ohashi Y, Dan S, Nishikawa K, Yamori T, Naito M.
    • Journal Title

      Genes Cells

      Volume: 21(8) Pages: 901-906

    • DOI
      10.1111/gtc.12386
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Abdominal Infection Suppresses the Number and Activity of Intrahepatic Natural Killer Cells and Promotes Tumor Growth in a Murine Liver Metastasis Model.2016

    • Author(s)
      Matsumoto, Y., Tsujimoto, H., Ono, S., Shinomiya, N., Miyazaki, H., Hiraki, S., Takahata, R., Yoshida, K., Saitoh, D., Yamori, T., Yamamoto, J., and Hase, K.
    • Journal Title

      Ann Surg Oncol.

      Volume: 23, Supplement 2 Pages: 257-265

    • DOI
      10.1245/s10434-015-4466-7
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Total Synthesis of the Depsipeptide FR901375 and Preliminary Evaluation of Its Biological Activity.2016

    • Author(s)
      Koichi Narita, Takuya Kikuchi, Kazuhiro Watanabe, Toshiya Takizawa, Takamasa Oguchi, Kyosuke Kudo, Keisuke Matsuhara, Hideki Abe, Takao Yamori, Minoru Yoshida, Tadashi Katoh
    • Journal Title

      Eur J Org Chem.

      Volume: 15巻 Pages: 11174-11186

    • DOI
      10.1002/chem.200901552
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Synthesis and biological evaluation of novel FK228 analogues as potential isoform selective HDAC inhibitors.2016

    • Author(s)
      Narita K, Matsuhara K, Itoh J, Akiyama Y, Dan S, Yamori T, Ito A, Yoshida M, Katoh T.
    • Journal Title

      Eur J Med Chem

      Volume: 121 Pages: 592-609

    • DOI
      10.1016/j.ejmech.2016.05.031
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Synthesis and in vitro cancer cell growth inhibition evaluation of 11-amino-modified 5-Me-indolo[2,3-b]quinolines and their COMPARE analyses.2016

    • Author(s)
      Okada M, Mei ZW, Hossain MI, Tominaga T, Takebayashi T, Murakami M, Yasuda M, Shigehiro T, Kasai T, Mizutani A, Murakami H, El Sayed Iel T, Dan S, Yamori T, Seno M, Inokuchi T.
    • Journal Title

      Med Chem Res

      Volume: 25(5) Issue: 5 Pages: 879-892

    • DOI
      10.1007/s00044-016-1508-z
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Identification of cyproheptadine as an inhibitor of SET domain containing lysine methyltransferase 7/9 (Set7/9) that regulates estrogen-dependent transcription2016

    • Author(s)
      Takemoto Y, Ito A, Niwa H, Okamura M, Fujiwara T, Hirano T, Handa N, Umehara T, Sonoda T, Ogawa K, Tariq M, Nishino N, Dan S, Kagechika H, Yamori T, Yokoyama S, Yoshida M.
    • Journal Title

      Journal of Medicinal Chemistry

      Volume: 59 Pages: 3650-3660

    • DOI
      10.1021/acs.jmedchem.5b01732
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Pyrrocidine A, a metabolite of endophytic fungi, has a potent apoptosis-inducing activity against HL60 cells through caspase activation via the Michael addition.2016

    • Author(s)
      Shota Uesugi, Nozomi Fujisawa, Jun Yoshida, Mitsuru Watanabe, Shingo Dan, Takao Yamori, Yoshihito Shiono, Ken-ichi Kimura
    • Journal Title

      J Antibiot (Tokyo)

      Volume: 69 Pages: 133-140

    • DOI
      10.1038/ja.2015.103
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Serum VEGF-A and CCL5 levels as candidate biomarkers for efficacy and toxicity of regorafenib in patients with metastatic colorectal cancer.2016

    • Author(s)
      Suenaga M, Mashima T, Kawata N, Wakatsuki T, Horiike Y, Matsusaka S, Dan S, Shinozaki E, Seimiya H, Mizunuma N, Yamaguchi K, Yamaguchi T.
    • Journal Title

      Oncotarget

      Volume: 7(23) Pages: 34811-34823

    • DOI
      10.18632/oncotarget.9187
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] 新規抗がん物質M-COPAの三次元培養下における抗がん効果2017

    • Author(s)
      筒井咲妃、大橋愛美、岡村睦美、赤塚明宣、椎名勇、吉松賢太郎、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      日本薬学会第137年会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2017-03-24
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規ゴルジ阻害剤M-COPAのEGFR-TKI耐性がんに対する抗がん効果2017

    • Author(s)
      大橋愛美、岡村睦美、片山量平、赤塚明宣、藤田直也、椎名勇、吉松賢太郎、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      第21回 日本がん分子標的治療学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規ゴルジ体阻害剤M-COPAが抗腫瘍効果を示すがん細胞の探索2017

    • Author(s)
      赤塚明宣、岡村睦美、大橋愛美、椎名勇、吉松賢太郎、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      第21回 日本がん分子標的治療学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 大腸がん細胞株のタンキラーゼ阻害剤感受性を予測するAPC変異2017

    • Author(s)
      田中伯享、馬島哲夫、旦慎吾、杉本芳一、清宮啓之
    • Organizer
      第21回 日本がん分子標的治療学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Identification of a unique anticancer drug lead, M-COPA, by using JFCR39 cancer cell line panel: its mode of action and antitumor profile.2017

    • Author(s)
      旦慎吾
    • Organizer
      JSPS China-Japan symposium on Molecular Cancer Therapy and Drug Development
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] シンポジウム“がん個別化医療の革新を目指す新規治療戦略:がんの脆弱性”講演テーマ「ユニークな抗がん物質の同定と作用メカニズム」 『ゴルジ体を標的としたユニークな抗がん物質M-COPAの同定とその抗がんメカニズム』2017

    • Author(s)
      旦慎吾
    • Organizer
      第76回日本癌学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 新規ゴルジ阻害剤M-COPAのEGFR阻害剤耐性肺がんに対する抗がん効果2017

    • Author(s)
      大橋愛美、岡村睦美、片山量平、赤塚明宣、藤田直也、椎名勇、吉松賢太郎、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      第76回日本癌学会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] M-COPA, a new Golgi disruptor, inhibited growth of RTK-addicted human cancer cells2016

    • Author(s)
      大橋愛美、岡村睦美、方偲央、筒井咲妃、玉城尚美、赤塚明宣、吉松賢太郎、椎名勇、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      28th EORTC-NCI-AACR Symposium on Molecular Targets and Cancer Therapeutics
    • Place of Presentation
      ドイツ・ミュンヘン
    • Year and Date
      2016-11-29
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 新規ゴルジ体阻害剤M-COPAの受容体チロシンキナーゼにアディクトしたがんへの抗がん効果2016

    • Author(s)
      大橋愛美、岡村睦美、方偲央、玉城尚美、赤塚明宣、吉松賢太郎、椎名勇、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      第75回日本癌学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-10-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] ゴルジ阻害剤M-COPAのin vivo抗がん作用におけるERストレスシグナルの関与2016

    • Author(s)
      赤塚明宣、岡村睦美、大橋愛美、椎名勇、吉松賢太郎、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      第75回日本癌学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-10-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] PI3K阻害剤ZSTK474のユーイング肉腫細胞への抗がん効果の検討2016

    • Author(s)
      吉澤雄也、玉城尚美、生田目奈知、西村由美子、山崎佳波、岡村睦美、矢守隆夫、矢口信一、旦慎吾
    • Organizer
      第75回日本癌学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-10-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規ゴルジ体阻害剤M-COPAの細胞表面タンパク質発現に与える影響2016

    • Author(s)
      方偲央、大橋愛美、赤塚明宣、吉松賢太郎、椎名勇、矢守隆夫
    • Organizer
      第75回日本癌学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-10-06
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞に聞け!化合物が拓く生命科学の新境地2016

    • Author(s)
      旦慎吾
    • Organizer
      平成28年度新学術領域研究「学術研究支援基盤形成【先端モデル動物支援プラットフォーム】」若手支援技術講習会
    • Place of Presentation
      蓼科
    • Year and Date
      2016-09-14
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 新規ゴルジ阻害剤M-COPAのRTK依存がんに対する抗がん効果2016

    • Author(s)
      大橋愛美、赤塚明宣、岡村睦美、椎名勇、吉松賢太郎、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      第20回 日本がん分子標的治療学会
    • Place of Presentation
      別府
    • Year and Date
      2016-05-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 新規ゴルジ阻害剤M-COPAの抗がん作用メカニズムに対するERストレスの関与2016

    • Author(s)
      赤塚明宣、岡村睦美、大橋愛美、椎名勇、吉松賢太郎、矢守隆夫、旦慎吾
    • Organizer
      第20回 日本がん分子標的治療学会
    • Place of Presentation
      別府
    • Year and Date
      2016-05-30
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] がん細胞パネルを用いたユニークな抗がん物質の同定と作用メカニズム解析2016

    • Author(s)
      旦慎吾
    • Organizer
      早稲田大学 理工学部/大学院理工学研究科 講演会
    • Place of Presentation
      東京
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Remarks] 分子薬理部|部門紹介|がん化学療法センター

    • URL
      http://www.jfcr.or.jp/chemotherapy/department/molecular_pharmacology/index.html
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      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2018-12-17  

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