破骨細胞に影響を与える骨肉腫細胞由来エクソソーム内分子の解明

• 研究課題/領域番号: 19K18529
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分56020:整形外科学関連
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 荒木 麗博 金沢大学, 医学系, 協力研究員 (10800625)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
• キーワード: 骨肉腫 / 破骨細胞 / エクソソーム / マイクロRNA / 転移 / 骨微小環境の変化 / TRAF6 / miRNA146a-5p / 弾性線維関連蛋白 / NFATc1 / NFκB / IκBα / リン酸化抑制 / 血管新生 / 肺転移 / 骨肉腫由来エクソソーム

研究開始時の研究の概要

骨髄環境の恒常性を維持している破骨細胞は骨肉腫細胞の存在下にその分化が抑制されて数が減少し、さらにその状況下に肺転移が促進されていることが報告されている。一方、骨肉腫など希少がんの腫瘍細胞がエクソソームの分泌を介してどのように生体内の細胞と情報伝達しているかについてはほとんど知られていない。そこで、骨肉腫細胞由来エクソソームが、骨髄環境の恒常性維持のために働いている破骨細胞にどのような分子や機序を通じてがん細胞の進展・環境形成に寄与しているかを解明することで、破骨細胞の分化を維持し、肺転移の抑制につながる骨肉腫の新たな治療戦略の可能性を探索する。

研究成果の概要

骨肉腫の発生した骨微小環境において破骨細胞の分化が抑制されており、その機序として骨肉腫細胞由来エクソソーム内分子miRNA146a-5pが、前破骨細胞内のTRAF6の生成を抑制する結果、NFκB経路の蛋白のリン酸化が抑制され、その下流で転写因子NFATc1の働きも抑制されるために前破骨細胞の融合が阻害されることを見出した。
患者の生検組織で破骨細胞の分化が抑制されているほど、化学療法の有効性が乏しいため予後不良となりやすく、in vivoでエクソソーム分泌に関わるTSG101遺伝子をノックアウトした骨肉腫細胞のマウス移植実験で、腫瘍周囲の破骨細胞の分化が維持され、肺転移が減少することを確認した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により，骨肉腫の進展に細胞外小胞が深く関与しており，その産生を抑えることで，腫瘍の浸潤・転移を抑えることができる可能性が示されました。今後，骨肉腫の早期発見や予後診断，新たな治療法の開発へと研究が発展することが期待されます。

研究成果

• [雑誌論文] Osteosarcoma-Derived Small Extracellular Vesicles Enhance Tumor Metastasis and Suppress Osteoclastogenesis by miR-146a-5p (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Araki, Hisaki Aiba, Takeshi Yoshida, Norio Yamamoto, Katsuhiro Hayashi, Akihiko Takeuchi, Shinji Miwa, Kentaro Igarashi, Tuan D. Nguyen, Kiyo-aki Ishii, Takayuki Nojima, Satoru Takahashi, Hideki Murakami, Hiroyuki Tsuchiya and Rikinari Hanayama
  • 雑誌名: Frontiers in Oncology 巻: 11 ページ: 667109-667109
  • DOI: 10.3389/fonc.2021.667109
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The number of osteoclasts in a biopsy specimen can predict the efficacy of neoadjuvant chemotherapy for primary osteosarcoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Araki Yoshihiro、Yamamoto Norio、Hayashi Katsuhiro、Takeuchi Akihiko、Miwa Shinji、Igarashi Kentaro、Higuchi Takashi、Abe Kensaku、Taniguchi Yuta、Yonezawa Hirotaka、Morinaga Sei、Asano Yohei、Ikeda Hiroko、Nojima Takayuki、Tsuchiya Hiroyuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 1989-1989
  • DOI: 10.1038/s41598-020-80504-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural and mechanical characteristics of exosomes from osteosarcoma cells explored by 3D-atomic force microscopy. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ayhan Yurtsever, Takeshi Yoshida, Arash Badami Behjat, Yoshihiro Araki, Rikinari Hanayama and Takeshi Fukuma
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 13 ページ: 6661-77
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Molecular mechanism for suppression of osteoclastogenesis by osteosarcoma cell-derived extracellular vesicles (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Araki, Norio Yamamoto, Katsuhiro Hayashi, Akihiko Takeuchi, Shinji Miwa, Kentaro Igarashi, Takashi Higuchi, Kensaku Abe, Yuta Taniguchi, Hirotaka Yonezawa, Sei Morinaga, Yohei Asano, Hiroyuki Tsuchiya
  • 学会等名: 13th Asia Pacific Musculoskeletal Tumor Society
  • 国際学会
• [学会発表] 骨肉腫細胞由来エクソソームが破骨細胞の分化に及ぼす影響とその機序 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒木麗博、山本憲男、林克洋、武内章彦、三輪真嗣、五十嵐健太郎、樋口貴史、米澤宏隆、森永整、淺野洋平、土屋弘行
  • 学会等名: 第93回日本整形外科学会学術総会
• [学会発表] 骨肉腫細胞由来エクソソームが破骨細胞の分化抑制に及ぼす分子メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒木麗博、山本憲男、林克洋、武内章彦、三輪真嗣、五十嵐健太郎、谷口裕太、米澤宏隆、森永整、淺野洋平、吉田孟史、華山力成、土屋弘行
  • 学会等名: 第34回日本整形外科学会基礎学術集会
• [学会発表] 骨肉腫細胞由来エクソソームによる破骨細胞の分化抑制に関する分子メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 荒木麗博、山本憲男、林克洋、武内章彦、三輪真嗣、五十嵐健太郎、谷口裕太、米澤宏隆、森永整、淺野洋平、吉田孟史、華山力成、土屋弘行
  • 学会等名: 第57回日本癌治療学会
• [産業財産権] 骨腫瘍の予後診断方法又は予後診断補助方法 (2021)
  • 発明者名: 土屋弘行、華山力成、山本憲男、吉田孟史、荒木麗博
  • 権利者名: 土屋弘行、華山力成、山本憲男、吉田孟史、荒木麗博
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2021