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腸組織のKLF蛋白複合体の解明と蛋白間相互作用を抑制する新規大腸癌治療薬の開発

Research Project

Project/Area Number 16K08718
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Experimental pathology
Research InstitutionJichi Medical University

Principal Investigator

仲矢 丈雄  自治医科大学, 医学部, 講師 (80512277)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
KeywordsKLF5 / 蛋白間相互作用阻害 / 大腸癌 / 癌分子創薬 / 天然変性蛋白 / 転写因子 / 心不全 / ミトコンドリア / 蛋白間相互作用阻害薬 / 癌選択的抑制 / KLF5阻害薬 / 新規抗癌薬 / 腫瘍 / 新規癌治療開発
Outline of Annual Research Achievements

私達は、KLF5が腸上皮幹細胞からの腫瘍形成に必須であることを解明した(Cancer Res 2014)。この成果はKLF5が大腸癌治療の有望な分子標的であることを示す。しかし、KLFは立体構造が未解明な天然変性蛋白で、立体構造に基づく阻害薬開発ができない。このため、KLFに対する阻害薬開発は困難であった。
そこで、私達は独自の方法で困難を克服し、KLF5の蛋白間相互作用を阻害すると予想される低分子化合物による新しい抗癌薬の分子創薬を試みた。その結果、私達は、KLF5阻害化合物(NC化合物)が、ヒト大腸正常細胞を傷害せずヒト大腸癌細胞を選択的に抑制し、ヌードマウスに移植したヒト大腸癌細胞を抑制しin vivoで腫瘍抑制能を示すことを見出した。また、NC化合物が大腸癌細胞ではKLF5等の蛋白量を抑制するが、正常細胞ではこれらの蛋白量を抑制しないことを見出した。また、化学構造と腫瘍細胞抑制能の間に構造活性相関があることを見出し、構造活性相関に基づく化合物合成により腫瘍抑制能の高い化合物を創製した。本化合物が、KLF5とb-Catenin等のKLF5結合蛋白との蛋白間相互作用を濃度依存性に阻害することも解明した。
さらに、最近、我々は、本化合物が、ヒト大腸癌細胞ではミトコンドリアの異常とそれに引き続く細胞死を誘導するが、ヒト正常細胞では同じ条件の投与でミトコンドリア異常を起こさないことを見出した。本化合物が、ミトコンドリア、代謝に癌細胞選択的に作用することが、正常細胞を抑制せず癌細胞を選択的に抑制する理由の一部と考えられる。現在さらなる分子機構の解明を進めている。
私達は、KLF5阻害化合物が心不全モデルマウスの病態を改善することも見出している。ここから、本化合物は心機能を改善しかつ癌を抑制する臨床上のアンメットニーズに応える新たな分子創薬に発展する可能性が高いと期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

NC化合物が癌細胞選択的にミトコンドリア異常をもたらすが、正常細胞では異常をもたらさないことを見出した。このように、新たな分子作用機構も明らかにし、研究はおおむね順調に進んでいる。
我々は、癌の病態形成におけるKLF5の分子機能研究の中で、我々の手で解明した分子機構を新たな治療薬開発へつなげることを目指してきた。しかしKLF5は立体構造の解かれていない天然変性蛋白であり、かつ主に核に存在する転写因子であるために薬剤の開発は困難だった。これらの困難を克服するために、独自の計算でKLF5阻害薬を分子設計し、正常細胞を傷害せず癌細胞を選択的に抑制する抗癌薬として作用することを示した。最近、我々は、NC化合物が、ヒト大腸癌細胞ではミトコンドリアの異常と引き続く細胞死を誘導するが、ヒト正常細胞では同じ条件の投与でミトコンドリア異常を起こさないことを新たに見出した。このように、NC化合物が、ミトコンドリア、代謝に癌細胞選択的に作用することが、正常細胞を抑制せず癌細胞を選択的に抑制する理由の一部と考えられる。これは、新たな癌選択的抑制薬の開発に発展すると期待され、今後分子機構解明、化合物の改良を進めていく。
我々は、心不全モデルマウスに対して本化合物が心機能を改善することも見出した。これはKLF5阻害薬が、心機能を改善する抗腫瘍薬になりうることを示す。抗癌薬の心毒性、心機能の悪い多くの癌患者の治療は臨床上の大きな問題である。これに対し、本化合物は心機能の悪い癌患者に対し有用なアンメットニーズに応える治療薬としての発展が期待される。
多くのKLF5のような立体構造解明がなされていない蛋白を標的とした分子創薬は難航しており、癌などの創薬研究の重要な課題となっている。我々の研究成果は、KLF5のみならず、他の多くの疾患原因因子を標的にした分子創薬に応用可能であり、これからの発展が期待される。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、KLF5阻害化合物の分子作用機構解明、in vivoでの抗腫瘍能評価、化合物改良を進める。本化合物が、なぜ癌細胞で異常を引き起こすのに正常細胞ではミトコンドリア異常を引き起こさないかについて分子機構の解明を進める。
本化合物は、KLF5といくつかの機能蛋白(b-Cateninなど)との結合を阻害し、分子Xの活性を抑制する。しかし、実際にこれらの分子との結合阻害が本化合物による増殖抑制効果の本態であるのか、不明な点が多く残されている。
とくに生化学的な解析により、KLF5のリン酸化やユビキチン化に関わる蛋白とKLF5との相互作用、さらに本化合物による阻害作用について検討する。また、本化合物結合蛋白の解明を、化合物結合ビーズなどを用いて進める。
KLF5とこれを修飾する機能蛋白との相互作用に対する本化合物の阻害作用が見出されれば、KLF5複合体の結晶化を進める。またKLF5阻害アッセイ系を確立して、本化合物の改良と新規化合物のスクリーニングを行う。

Report

(3 results)
  • 2018 Research-status Report
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report

Research Products

(8 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article Presentation

  • [Journal Article] Engulfment by cardiac myofibroblasts contributes to recovery after myocardial infarction.2017

    • Author(s)
      Michio Nakaya,Kenji Watari,Mitsuru Tajima,Takeo Nakaya,Shoichi Matsuda,Hiroki Ohara,Hiroaki Nishihara,Hiroshi Yamaguchi,Akiko Hashimoto,Mitsuho Nishida,Akiomi Nagasaka,Yuma Horii,Hiroki Ono,Gentaro Iribe,Ryuji Inoue,Makoto Tsuda,Kazuhide Inoue,Akira Tanaka,Masahiko Kuroda,Shigekazu Nagata,Hitoshi Kurose
    • Journal Title

      J. Clin Invest.

      Volume: 127 Pages: 383-401

    • DOI

      10.1172/jci83822

    • Related Report
      2017 Research-status Report 2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Stimulation of cellular senescent processes, including secretory phenotypes and anti-oxidant responses, after androgen deprivation therapy in human prostate cancer2017

    • Author(s)
      Kawata H, Kamiakito T, Nakaya T, Komatsubara M, Komatsu K, Morita T, Nagao Y, Tanaka A
    • Journal Title

      The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology

      Volume: 165 Pages: 219-227

    • DOI

      10.1016/j.jsbmb.2016.06.007

    • Related Report
      2017 Research-status Report 2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Giant solitary fibrous tumor of the pleura with high-grade sarcomatous overgrowth accompanied by lipid-rich, rhabdomyosarcomatous, and pleomorphic components: A case repor2017

    • Author(s)
      Nakaya Takeo、Oshiro Hisashi、Takigami Ayako、Kanai Yoshihiko、Tetsuka Kenji、Hagiwara Koichi、Fujii Hirofumi、Endo Shunsuke、Tanaka Akira
    • Journal Title

      Medicine (Baltimore). 2017 Dec;96(50):e8926.

      Volume: 96

    • DOI

      10.1097/md.0000000000008926

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Renal dysplasia characterized by prominent cartilaginous metaplasia lesions in VACTERL association2017

    • Author(s)
      Nakaya Takeo、Hyuga Taiju、Tanaka Yukichi、Kawai Shina、Nakai Hideo、Niki Toshiro、Tanaka Akira
    • Journal Title

      Medicine

      Volume: 96

    • DOI

      10.1097/md.0000000000006499

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Ectopic respiratory mucosa in the skin which showed the repetitive distribution of ciliated bronchogenic epithelia and squamous metaplasia2017

    • Author(s)
      Nakano Naomi、Nakaya Takeo、Kamiya Koji、Komine Mayumi、Murata Satoru、Kawata Hirotoshi、Yokoyama Shigeo、Tanaka Akira、Ohtsuki Mamitaro
    • Journal Title

      The Journal of Dermatology

      Volume: 44 Pages: 1327-1328

    • DOI

      10.1111/1346-8138.13697

    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Small molecules mimicking KLF5 structure suppresses cancer cells in both in vivo and vitro without damaging normal cells.2018

    • Author(s)
      Nakaya T, Tsuji K, Tanaka A, Nagai R.
    • Organizer
      6th International Conference on Biology and Pathobiology of KLF/Sp Transcription Factors
    • Related Report
      2018 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Small molecular mimicries of KLF5 selectively suppress the survival and Wnt-KLF5 signaling of colorectal cancer cells.2016

    • Author(s)
      仲矢丈雄、中野洋文、河西政次、吉森篤史、田中亨、小路弘行、永井良三
    • Organizer
      第75回日本癌学会学術総会
    • Place of Presentation
      パシフィコ横浜 (横浜、神奈川)
    • Year and Date
      2016-10-06
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] The protein interaction inhibitors of KLF5 suppress Wnt signal activation selectively in colorectal cancer cells2016

    • Author(s)
      Takeo Nakaya, Hirofumi Nakano, Masaji Kasai, Atsushi Yoshimori, Akira Tanaka, Ryozo Nagai
    • Organizer
      FASEB Science Research Conference ”KLF and Sp Transcription Factors in Disease and Regenerative Medicine"
    • Place of Presentation
      Snowmass Base Village Conference Center (Snowmass, CO, USA)
    • Year and Date
      2016-08-07
    • Related Report
      2016 Research-status Report
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-04-21   Modified: 2019-12-27  

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