がん細胞の複製ストレスを解消する新規lncRNAの機能解明

• 研究課題/領域番号: 20K07570
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分50010:腫瘍生物学関連
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 鈴木 美穂 名古屋大学, 医学系研究科, 特任助教 (80548470)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 長鎖非翻訳RNA / がん細胞 / 複製ストレス / R-loop / DNA複製ストレス

研究開始時の研究の概要

がん細胞に特徴的な高い複製ストレスは、ゲノム不安定性をもたらし、発がんの促進やがんの進展を加速させることがよく知られている。しかし、がん細胞が高い複製ストレスに晒されながらも、複製を完了させ細胞増殖していく機構は完全に解明されていない。本研究では、①がん細胞の複製ストレスの解消に関わる新規lncRNAの同定 ②lncRNAと相互作用するタンパク質の同定から、未知のがん細胞複製ストレス解消メカニズムを明らかにする。

研究実績の概要

がん細胞に特徴的な高い複製ストレスは、ゲノム不安定性をもたらし、発がんの促進やがんの進展を加速させることがよく知られている。しかし、がん細胞が高い複製ストレスに晒されながらも、複製を完了させ細胞増殖していく機構は完全に解明されていない。私たちはこれまでに、複製ストレスによって発現が誘導される長鎖非翻訳RNA (lncRNA)、TUG1を同定した。タンパク質をコードしないlncRNAは近年DNA損傷修復との関連が報告されているが、私たちはTUG1がDNA損傷の原因となるR-loopを解消する役割をもつことを明らかにした。次に、TUG1と相互作用しDNAの複製ストレスから生じるDNA損傷を防ぐ機能をもつタンパク質DHX9を同定し、DHX9とTUG1が細胞内で直接結合していることを実験的に示した。TUG1が解消するR-loop領域は、数kbにわたってマイクロサテライト配列を含む特徴的なリピート配列であり、定常状態でもR-loopを蓄積しやすい領域であった。つまり、TUG1はR-loopを形成しやすくDNA損傷を受けやすい領域を標的とし、その領域のR-loopを解消することでゲノムDNAを損傷から守る機能を果たしていることがわかった。最後に、TUG1を標的とする治療の効果を調べるため、脳腫瘍同所移植モデルを用いた動物実験を行った。R-loopを蓄積する抗がん剤を併用したところ、TUG1の発現抑制が腫瘍の増殖を顕著に抑えることを見出した。この研究結果をまとめ、論文として発表した(Suzuki and Iijima et al., 2024 Nature Communications)。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

テモゾロミド (TMZ) は膠芽腫治療の第一選択薬であるが、その効果や臨床応用には限界がある。そこで、TUG1を標的とした治療が膠芽腫に対する有効な治療アプローチであるかどうかを検討した。はじめに、膠芽腫細胞株LN229において、TUG1がDHX9とR-loop領域に共局在し、R-loopを解消することを示した。次にアンチセンス核酸 (TUG1 ASO) によるTUG1ノックダウン、またはTMZの投与によってRNA/DNAハイブリッドが蓄積すること、またTUG1ノックダウンとTMZを併用することでさらにRNA/DNAハイブリッドの蓄積が促進し、相乗的にアポトーシスが誘導されることを明らかにした。LN229細胞を移植したマウスモデルを用いた実験では、腫瘍特異的薬物送達システム（Drug delivery System）とTUG1 ASOを組み合わせたantiTUG1-DDSの効果を検討した。TMZとantiTUG1-DDSを併用した場合、TMZ単独またはantiTUG1-DDS単独よりも効果的に腫瘍の成長を抑制し、マウスの生存期間を著しく延長した。antiTUG1-DDSで治療された腫瘍では、TUG1の発現が減少し、R-loop量が上昇していることを確認した。

今後の研究の推進方策

本年度はTUG1に加えて、がん細胞の複製ストレスの解消に関わる新規lncRNAの同定を行う。R-loopと相互作用するlncRNAを網羅的に回収し、RNA-seqを行う。新規に同定されたlncRNAについて、R-loopを解消する機能の有無を検証する。

研究成果

• [雑誌論文] TUG1-mediated R-loop resolution at microsatellite loci as a prerequisite for cancer cell proliferation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Miho M.、Iijima Kenta、Ogami Koichi、Shinjo Keiko、Murofushi Yoshiteru、Xie Jingqi、Wang Xuebing、Kitano Yotaro、Mamiya Akira、Kibe Yuji、Nishimura Tatsunori、Ohka Fumiharu、Saito Ryuta、Sato Shinya、Kobayashi Junya、Yao Ryoji、Miyata Kanjiro、Kataoka Kazunori、Suzuki Hiroshi I.、Kondo Yutaka.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 4521-4521
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40243-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Long non-coding RNA lnc-CHAF1B-3 promotes renal interstitial fibrosis by regulating EMT-related genes in renal proximal tubular cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Imai Kentaro、Ishimoto Takuji、Doke Tomohito、Tsuboi Toshiki、Watanabe Yu、Katsushima Keisuke、Suzuki Miho、Oishi Hideto、Furuhashi Kazuhiro、Ito Yasuhiko、Kondo Yutaka、Maruyama Shoichi
  • 雑誌名: Molecular Therapy - Nucleic Acids 巻: 31 ページ: 139-150
  • DOI: 10.1016/j.omtn.2022.12.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cancer-Specific Targeting of Taurine-Upregulated Gene 1 Enhances the Effects of Chemotherapy in Pancreatic Cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: Tasaki Y, Suzuki M, Katsushima K, Shinjo K, Iijima K, Murofushi Y, Naiki-Ito A, Hayashi K, Qiu C, Takahashi A, Tanaka Y, Kawaguchi T, Sugawara M, Kataoka T, Naito M, Miyata K, Kataoka K, Noda T, Gao W, Kataoka H, Takahashi S, Kimura K, Kondo Y.
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: - 号: 7 ページ: 1654-1666
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-20-3021
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] がん細胞のDNA安定性を維持する長鎖非翻訳RNAと、それを標的とした核酸医薬の開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第97回日本薬理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 長鎖非翻訳RNA TUG1を介したR-loop解消機構はがん細胞のゲノム安定性を維持する (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第48回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 複製ストレスを解消する長鎖非翻訳RNA (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 患者由来がんモデル学会学術集会2023
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム安定性を制御する長鎖非翻訳RNA (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] R-loop調節における長鎖非翻訳RNAの機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第16回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] Maintenance of genome stability in cancer cells by long noncoding RNA (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第8１回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] R-loop調節における長鎖非翻訳RNATUG1の機能 (2022)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第１５回日本エピジェネティクス研究会年会
• [学会発表] 長鎖非翻訳RNA TUG1 はR-loopを解消しがん細胞の増殖を促進する (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 長鎖非翻訳RNA TUG1 はR-loopを解消しがん細胞の増殖を促進する (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第49回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 長鎖非翻訳RNA TUG1は核スペックル近傍で複製フォークを保護する (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第１４回日本エピジェネティクス研究会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Spatiotemporal regulation of long non-coding RNA to propagate Cancer Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第126回日本解剖学会総会・全国学術集会 / 第98回日本生理学会大会合同大会
  • 招待講演
• [学会発表] Spatiotemporal regulation of replication stress by TUG1 as a prerequisite for cancer cell proliferation (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 長鎖非翻訳RNA TUG1による時空間的DNA複製ストレス制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木美穂
  • 学会等名: 日本環境変異原学会第49回大会
  • 招待講演