癌細胞の脆弱性と頑強性の構成的理解

• 研究課題/領域番号: 16KT0069
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 特設分野
• 研究分野: 構成的システム生物学
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究 (2018-2019); 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設) (2016-2017)
• 研究代表者: 青木 一洋 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 教授 (80511427)
• 研究期間 (年度): 2016-07-19 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2019年度)
• 配分額: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円); 2019年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2018年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2016年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
• キーワード: oncogene addiction / KRas / BRaf / ERK / intrinsic resistance / Oncogene addiction / Intrinsic resistance / Ras / 遺伝子編集

研究実績の概要

癌遺伝子中毒（oncogene addiction）の構成的な理解を目的として研究を進めた。遺伝子編集技術によりヒト正常乳腺上皮細胞MCF-10A細胞にKRas遺伝子、またはBRaf遺伝子に癌で見つかる活性化変異を片アレルに導入した細胞株を入手した。このKRas遺伝子、BRaf遺伝子をsiRNAやCRISPR/Cas9によりKD、またはKOしたが、細胞死は起きなかったことから、これらの細胞株においてはまだoncogene addictionが起きていないことが分かった。これらの細胞株はERKのリン酸化がやや上昇していたが、soft agarアッセイや増殖曲線、MEK阻害剤に対する感受性などを調べた結果、野生株と大差がないことが分かった。これらの結果から、oncogene addictionが起きるためには、癌遺伝子に変異が入るだけでなく、その後のなんらかの変化（エピジェネティックな変化など）が必要であることが示唆された。
一方、MCF-10A細胞に癌遺伝子変異を導入したKRas遺伝子を過剰発現させた細胞株を樹立したところ、これらの細胞株についてはsoft agarアッセイや増殖曲線などに対する応答が野生株よりも向上しており、一般的な癌に見られる特性が観察された。しかしながら、過剰発現させたKRas遺伝子をsiRNAによりKDしたとしても細胞死は観察されず、oncogene addictionは起きていないことが分かった。これらの結果から、癌遺伝子を過剰発現させると癌に特有の特性である細胞増殖や足場非依存性は獲得できるがoncogene addictionは起きないことが分かり、oncogene addictionが起きるためには、なんらかの変化が重要であることが示唆された。

研究成果

• [雑誌論文] Single-cell quantification of the concentrations and dissociation constants of endogenous proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Akira T Komatsubara, Yuhei Goto, Yohei Kondo, Michiyuki Matsuda, Kazuhiro Aoki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 15 ページ: 6062-6072
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.007685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell-to-Cell Heterogeneity in p38-Mediated Cross-Inhibition of JNK Causes Stochastic Cell Death (2018)
  • 著者名/発表者名: Miura Haruko、Kondo Yohei、Matsuda Michiyuki、Aoki Kazuhiro
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 24 号: 10 ページ: 2658-2668
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.08.020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Composite regulation of ERK activity dynamics underlying tumour-specific traits in the intestine (2018)
  • 著者名/発表者名: Muta Yu、Fujita Yoshihisa、Sumiyama Kenta、Sakurai Atsuro、Taketo M. Mark、Chiba Tsutomu、Seno Hiroshi、Aoki Kazuhiro、Matsuda Michiyuki、Imajo Masamichi
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 2174-2174
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04527-8
  • NAID: 120006488609
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Live-cell Imaging with Genetically Encoded Protein Kinase Activity Reporters (2018)
  • 著者名/発表者名: Maryu G, Miura H, Uda Y, Komatsubara AT, Matsuda M, Aoki K
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 43 号: 1 ページ: 61-74
  • DOI: 10.1247/csf.18003
  • NAID: 130006725957
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Propagating Wave of ERK Activation Orients Collective Cell Migration (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki Kazuhiro、Kondo Yohei、Naoki Honda、Hiratsuka Toru、Itoh Reina E.、Matsuda Michiyuki
  • 雑誌名: Developmental Cell 巻: 43 号: 3 ページ: 305-317.e5
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2017.10.016
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Efficient synthesis of phycocyanobilin in mammalian cells for optogenetic control of cell signaling (2017)
  • 著者名/発表者名: Uda Youichi、Goto Yuhei、Oda Shigekazu、Kohchi Takayuki、Matsuda Michiyuki、Aoki Kazuhiro
  • 雑誌名: Proc Natl. Acad. Sci. U.S.A. 巻: 114 号: 45 ページ: 11962-11967
  • DOI: 10.1073/pnas.1707190114
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two New FRET Imaging Measures: Linearly Proportional to and Highly Contrasting the Fraction of Active Molecules. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamao M, Aoki K, Yukinawa N, Ishii S, Matsuda M, Naoki H.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 11 号: 10 ページ: e0164254-e0164254
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0164254
  • NAID: 120005853281
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of Neuregulin 1 ectodomain shedding reveals its local processing in vitro and in vivo. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kamezaki A, Sato F, Aoki K, Asakawa K, Kawakami K, Matsuzaki F, Sehara-Fujiwara A.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 28873-28873
  • DOI: 10.1038/srep28873
  • NAID: 120005819488
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiplexed Fluorescence Imaging of ERK and Akt Activities and Cell-cycle Progression (2016)
  • 著者名/発表者名: Maryu G, Matsuda M, Aoki K
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 41 号: 2 ページ: 81-92
  • DOI: 10.1247/csf.16007
  • NAID: 130005165901
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synergistic antitumor effects of combination of PI3K/mTOR and MEK inhibition (SAR245409 and pimasertib) in mucinous ovarian carcinoma cells by fluorescence resonance energy transfer imaging. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inaba K, Oda K, Aoki K, Sone K, Ikeda Y, Miyasaka A, Kashiyama T, Fukuda T, Makii C, Arimoto T, Wada-Hiraike O, Kawana K, Yano T, Osuga Y, Fujii T
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 7 号: 20 ページ: 29577-29591
  • DOI: 10.18632/oncotarget.8807
  • NAID: 120005820854
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Visualization, quantification, and manipulation of cell signaling by imaging. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki K
  • 学会等名: ConBio 2017
  • 招待講演
• [学会発表] Propagation wave of ERK activation orients collective cell migration. (2017)
  • 著者名/発表者名: Aoki K
  • 学会等名: 50th Annual Meeting of the Japanese Society of Developmental Biologists
  • 招待講演
• [備考] プレスリリース概要
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/pressroom/news/2019/04/26.html
• [備考] 細胞の集団移動の方向性を決める仕組みの発見 ～ERK分子活性の細胞間伝搬とは逆方向に細胞が動く～
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2017/11/07.html
• [備考] 赤色光/近赤外光による細胞機能の光操作の簡便化に成功
  • URL: http://www.nibb.ac.jp/press/2017/10/24.html