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化学療法剤超感受性を付与する高度なゲノム恒常性維持機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K09915
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57020:病態系口腔科学関連
研究機関福岡歯科大学

研究代表者

日高 真純  福岡歯科大学, 口腔歯学部, 教授 (80238310)

研究分担者 藤兼 亮輔  福岡歯科大学, 口腔歯学部, 講師 (20581713)
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 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードDNA損傷応答 / 胞周期チェックポイント / アポトーシス / ATR/CHK1 / 化学療法剤 / 細胞周期チェックポイント / 多能性幹細胞 / 細胞死 / ストレス超感受性 / ゲノム安定化
研究開始時の研究の概要

多くの抗がん剤はDNAに損傷を与えるが、応答するしくみは細胞の種類によって異なっている。がん細胞やそれが由来する体細胞はDNA損傷に応答して傷の修復を試みるが、修復がうまくいかない場合は突然変異や染色体異常を伴う。一方、多能性幹細胞はDNA損傷に対して高度に感受性で、修復することはせずに優先的に細胞死を選択することで高度なゲノム恒常性を維持している。しかし、その詳細な分子機構は未だ明らかになっていない。本研究では、ヒトiPS細胞とがん細胞におけるDNA損傷応答の違いを検証しつつ、ヒトiPS細胞のストレス超感受性に関わる因子を網羅的に探索することで、高度なゲノム恒常性維持機構の解明をめざす。

研究実績の概要

多くの抗がん剤はDNAを損傷し、増殖の盛んな細胞に対して複製ストレスを与えるが、応答するしくみは細胞の種類によって異なっている。がん細胞やそれが由来する体細胞はDNA損傷に応答して細胞周期を停止し傷の修復を試みるが、修復がうまくいかない場合は突然変異や染色体異常を伴う。一方、多能性幹細胞は DNA損傷に対して高度に感受性で、僅かなストレスを受けた場合でも修復することはせずに優先的に細胞死を選択することで高度なゲノム恒常性を維持している。そこで本研究は、細胞がストレスに応答して生死を決定する分子メカニズムを明らかにすることで、多能性幹細胞が有する高度なゲノム恒常性維持機構の解明と低濃度で作用する新たな抗がん療法の開発に向けた分子基盤の確立を目的に計画されたものである。
申請者はこれまでにDNA損傷が引き起こす細胞死誘導において、クロマチン動態と損傷応答シグナリングのトランスアクションが重要であるとの知見を得てき た。そこで令和5年度は、複製ストレス応答への関連が報告されているFANCD2の化学療法剤感受性に及ぼす影響についての解析を昨年度から継続して行った。その結果、FANCD2遺伝子のノックアウト細胞は抗がん剤に対して著しい感受性を示すことを明らかにした。この時、53BP1のnuclear fociが有意に増加し、それと同時に、DNA相同組換え反応に関わるRAD51とCtIPの損傷クロマチンへ結合が有意に低下していた。この結果は、複製ストレス応答時のFANCD2の機能不全は細胞死を優先的に選択する要因となり得ることを強く示唆している。

現在までの達成度 (区分)
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

申請者はヒトiPS細胞において、DNA損傷後もチェックポイントキナーゼATR/CHK1は活性化されず、高感度に細胞死が誘導されることを検証してきた。また、MSH2遺伝子のノックアウト細胞を構築し、この細胞死誘導にミスマッチ修復因子が必要であることも見出している。 そこで令和5年度にはヒトiPS細胞とヒトがん細胞のDNA損傷応答機構を比較することを目的して、ヒト子宮頸癌由来細胞株HeLaを実験材料に用いて、複製ストレス応答への関連が報告されているFANCD2のアルキル化抗がん剤感受性に及ぼす影響についての解析を継続して行った。その結果、構築したFANCD2遺伝子のノックアウト細胞ではアルキル化剤MNUに対する感受性が顕著に亢進することが明らかとなった。FANCD2ノックアウト細胞がアルキル化剤超感受性を示す原因を解析したところ、FANCD2ノックアウト細胞ではアルキル化剤処理後に53BP1のnuclear fociを指標としたDNA二重鎖切断が蓄積すること、また、この時にDNA相同組換えで機能するRAD51とCtIPの損傷クロマチンへの結合が低下することを見出している。このことから、FANCD2は損傷クロマチンへ相同組換え因子をリクルートし、DNA損傷に起因して生じる複製ストレスを緩和する機能を担っていることが示唆された。この成果を論文としてまとめ、現在国際誌Molecular Biology Reportsへ投稿中である。よって、現在までの進捗状況は概ね順調に進んでいると判断した。

今後の研究の推進方策

多能性幹細胞であるヒトiPS細胞とこれまで細胞死誘導研究に利用してきたヒトがん由来培養細胞との比較を行いながら、以下の実験に取り組む。
(1)がん培養細胞との比較によるヒトiPS細胞におけるチェックポイント活性化回避の検証
ATR/CHK1経路の活性化回避が細胞のストレス応答時の生死決定メカニズムと密接に関連していることを見出したので、ATR/CHK1経路の活性化に関与することが報告されているTopBP1とETAA1のDNA損傷応答における機能を解析する。がん細胞においては、TopBP1とETAA1遺伝子のノックダウン細胞はすでに構築済みで、それらがアルキル化剤処理後のDNA損傷応答の低下を示し、感受性を亢進することを見出している。同様な実験をヒトiPS細胞を用いて行い、TopBP1とETAA1のチェックポイント活性化回避における機能を検証する。
(2)ストレス超感受性に関連するタンパク質の網羅的な同定
アルキル化剤処理された細胞が、どのようにその生死を決定しているかを明らかにするために、ヒトがん細胞とヒトiPS細胞を用いて、DNA損傷が引き起こす細胞死の誘導過程で発現変動する遺伝子を次世代シークエンスによるRNA-seq法により同定する。ヒトがん細胞においては既に実施済みで、発現がアップする遺伝子を138個、ダウンする遺伝子を47個見出している。同様な解析をヒトiPS細胞を用いても行い、見出された候補遺伝子の中からストレス超感受性に関連する遺伝子の同定を行う。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2023 2022 2021 2020

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (16件)

  • [雑誌論文] Novel plasmids for the fluorescence-based evaluation of DNA mismatch repair in human cells2022

    • 著者名/発表者名
      Takedachi Arato、Matsuishi Erina、Mizusaki Shouji、Nagasawa Tomoki、Fujikane Ryosuke、Hidaka Masumi、Iwai Shigenori、Kuraoka Isao
    • 雑誌名

      Mutation Research/Fundamental and Molecular Mechanisms of Mutagenesis

      巻: 824 ページ: 111779-111779

    • DOI

      10.1016/j.mrfmmm.2022.111779

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Endogenous ROS production in early differentiation state suppresses endoderm differentiation via transient FOXC1 expression2022

    • 著者名/発表者名
      Oka Sugako、Tsuzuki Teruhisa、Hidaka Masumi、Ohno Mizuki、Nakatsu Yoshimichi、Sekiguchi Mutsuo
    • 雑誌名

      Cell Death Discovery

      巻: 8 号: 1 ページ: 150-150

    • DOI

      10.1038/s41420-022-00961-2

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書 2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] DNA polymerase delta Exo domain stabilizes mononucleotide microsatellites in human cells.2021

    • 著者名/発表者名
      Shioi S, Shimamoto A, Song Y, Hidaka K, Nakamura M, Take A, Hayashi N, Takiguchi S, Fujikane R, Hidaka M, Oda S*, Nakatsu Y*
    • 雑誌名

      DNA Repair

      巻: 108 ページ: 103216-103216

    • DOI

      10.1016/j.dnarep.2021.103216

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Suppression of TopBP1 function increases the efficacy of chemotherapeutic treatments by enhancing the induction of apoptosis2021

    • 著者名/発表者名
      Obayashi Yuko、Fujikane Ryosuke、Morita Shou、Uechi Yuka、Hiraki Akimitsu、Hidaka Masumi
    • 雑誌名

      Oral Science International

      巻: 00 号: 3 ページ: 1-8

    • DOI

      10.1002/osi2.1102

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] セントロメアタンパク質CENP-Aのアポトーシス誘導における新規機能2023

    • 著者名/発表者名
      井口晃太郎、藤兼亮輔、日髙真純
    • 学会等名
      第50回福岡歯科大学学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 蛍光プラスミドを用いたミスマッチ修復効率の定量的解析2023

    • 著者名/発表者名
      藤兼亮輔、倉岡功、日高真純
    • 学会等名
      第52回日本環境変異原ゲノム学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] 生細胞のDNAミスマッチ修復能を評価する新規レポータープラスミドの構築と評価2023

    • 著者名/発表者名
      白川知樹、竹立新人、松石英莉那、水崎彰治、長澤知樹、藤兼亮輔、日高真純、石井成憲、倉岡功
    • 学会等名
      第52回日本環境変異原ゲノム学会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Mechanism of mismatch repair-dependent apoptosis and its regulation by DNA damage response and DNA repair systems2023

    • 著者名/発表者名
      Fujikane R., Morita S., Rikitake M., Uechi Y., Hidaka M.
    • 学会等名
      第96回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] アルキル化DNA損傷応答におけるセントロメアタンパク質CENP-Aの役割2023

    • 著者名/発表者名
      井口晃太郎、藤兼亮輔、日髙真純
    • 学会等名
      第65回歯科基礎医学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] アルキル化損傷応答におけるFANCD2の役割2023

    • 著者名/発表者名
      森田祥、藤兼亮輔、上地有香、松浦尚志、日髙真純
    • 学会等名
      第27回DNA複製・組換え・修復ワークショップ
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] アルキル化損傷応答におけるミスマッチ修復因子PMS1の機能2022

    • 著者名/発表者名
      藤兼亮輔、上地有香、森田祥、得居果乃、日髙真純
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] アルキル化損傷応答におけるミスマッチ修復因子FANCD2の役割2022

    • 著者名/発表者名
      森田祥、藤兼亮輔、上地有香、松浦尚志、日髙真純
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] アポトーシス誘導におけるミBLM-スマッチ修復タンパク質複合体の機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      上地有香、藤兼亮輔、森田祥、玉置幸雄、日髙真純
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 生細胞のミスマッチ修復能をリアルタイムで評価できるプラスミドの構築と評価2022

    • 著者名/発表者名
      竹立新人、白川知樹、松石英莉那、水崎彰治、長澤知樹、藤兼亮輔、日髙真純、岩井成憲、倉岡功
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] ミスマッチ修復MutL複合体遺伝子欠損細胞におけるHPRT遺伝子変異の解析2022

    • 著者名/発表者名
      得居果乃、藤兼亮輔、日髙真純
    • 学会等名
      第49回福岡歯科大学学会総会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] DNAポリメラーゼδExoドメイン変異によって不安定化される一塩基繰り返しマイクロサテライ2021

    • 著者名/発表者名
      織田信弥、塩井誠次郎、瀧口聡一、日高京子、藤兼亮輔、日高真純、中津可道
    • 学会等名
      第80回日本癌学会学術総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] アルキル化DNA損傷応答におけるミスマッチ修復因子PMS1の機能の解析2021

    • 著者名/発表者名
      藤兼亮輔、森田祥、上地有香、日髙真純
    • 学会等名
      第44回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] WRNノックアウト、ノックダウンがHeLa MR細胞の薬剤感受性へ及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      森田祥、藤兼亮輔、上地有香、松浦尚志、日髙真純
    • 学会等名
      第48回福岡歯科大学学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] アポトーシス誘導におけるBLMとミスマッチ修復タンパク質との相互作用の機能解析2021

    • 著者名/発表者名
      上地有香、藤兼亮輔、森田祥、玉置幸雄、日髙真純
    • 学会等名
      第48回福岡歯科大学学会総会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Suppression of TopBP1 expression impairs the DNA damage response and promotes the induction of apoptosis by chemotherapeutic agents2020

    • 著者名/発表者名
      Obayashi Y., Fujikane R., Uechi Y., Morita S., Ikebe T., Hiraki A., Hidaka M.
    • 学会等名
      日本分子生物学会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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