栄養環境がもたらすエピゲノム制御変化の解明に基づく肝発癌増殖進展の制御

• 研究課題/領域番号: 21K07904
• 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53010:消化器内科学関連
• 研究機関: 長崎国際大学
• 研究代表者: 佐々木 裕 長崎国際大学, 公私立大学の部局等, 教授 (70235282)
• 研究分担者: 長岡 克弥 熊本大学, 病院, 助教 (00759524) ; 渡邊 丈久 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 助教 (20634843) ; 吉村 亮二 長崎国際大学, 公私立大学の部局等, 講師 (20782569) ; 山添 太士 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, 肝炎・免疫研究センター, 肝疾患研究部 上級研究員 (20736219)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 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: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 栄養環境 / 肝癌細胞 / エピゲノム / 脂質代謝 / NASH / 肝発癌進展 / マイクロRNA / エピゲノム制御薬 / マルチオミクス解析

研究開始時の研究の概要

原発性肝癌では、異常な栄養環境がエピゲノム制御を変化させ肝発癌進展に時空間的に関与する可能性が示唆される。
一方、マイクロRNA(miRNA)は内在性のRNAサイレンシング機構を担い遺伝子発現を制御するが、発現異常にはエピゲノム制御が関与している。
そこで異常な栄養環境がエピゲノム制御を介してmiRNAの発現を変化させ肝発癌増殖進展に寄与するかを、肝癌細胞を対象にmiRNA・遺伝子発現の網羅的解析を融合したマルチオミクス解析にて明らかにする。また異常栄養によるmiRNA発現変化を化合物ライブラリーにより再現できるかを検証すると共に、エピゲノム制御薬を用いた肝癌関連miRNAの発現制御を試みる。

研究実績の概要

先行研究ではエピゲノム制御因子ヒストン脱メチル化酵素LSD2のノックダウン(KD)で、脂質の取り込み、β酸化、コレステロール合成などが亢進することから、LSD2が脂肪代謝のエピゲノム制御因子であることを見出している。そこでLSD2の発現に関与する栄養関連因子を明らかにするために、肝癌細胞HepG2細胞を用いChIP-seq解析を行うと、プロモーター領域にインスリン抵抗性や酸化ストレスに関連する複数の転写因子が結合する可能性を見出した。そこでインスリン抵抗性に関与する転写因子をKDしたところ、LSD2の発現は抑制されなかったが、酸化ストレスにより活性化されるJNKの阻害剤、あるいはJNKの標的である転写因子JunのKDでは、共にLSD2の発現が有意に抑制された。以上より、高血糖あるいはインスリン抵抗性により発生する酸化ストレスとその下流の転写因子がLSD2の発現を変化させ、脂質代謝を修飾すると共に脂肪毒性を軽減させる可能性が示された。
一方、異常な栄養環境がもたらす肝癌細胞の代謝リプログラミングを検討した。4週齢のNOD-SCIDマウスを用いNASH誘導食にて給餌し、5週目の時点で腹腔内グルコース負荷試験から明らかな耐糖能異常が確認された。6週間目の時点でHepG2細胞 2x106個をマウス肝臓に直接注入し(以下、NASH群)、その後17週齢の時点でsacrificeした。HepG2細胞はコントロール群とNASH群共に約半数例で注入部位に腫瘍塊を形成しており、腫瘍塊からmRNAを抽出しcDNAマイクロアレイに供した。両群の腫瘍の比較で変動する遺伝子を遺伝子オントロジー（GO）エンリッチメント解析に供し、コレステロール代謝関連遺伝子がNASH群に移植したHepG2細胞でエンリッチされていることが明らかとなった。

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

異常な栄養環境が肝癌細胞の増殖・転移・浸潤に及ぼす影響を検討するために、NOD-SCIDマウスをNASH誘導食で食餌しNOD-SCIDマウスNASHモデルを作製しえた。そこにヒト肝癌細胞を直接注入することで腫瘍を形成することが可能となり、肝癌細胞の生物学的特性への背景肝の影響を検討できるようになった。今回はNOD-SCIDマウスを用いたNASH肝での解析であったために免疫学的な影響が排除され、背景肝の栄養環境が肝癌細胞の遺伝子発現にどのような影響を及ぼすかを直接的に解析した点も、研究の着実な進捗と考えられる。またNASHの病態形成には脂肪毒性に加え、糖毒性も関与すると報告されている。今回のin vitroの検討では、糖毒性に対して肝癌細胞がエピゲノム制御因子の発現変化を介して、脂質代謝の変動や脂肪毒性の軽減を図る反応を行うことを明らかにした。以上の結果は、エピゲノム制御因子を制御することで、栄養環境に対応する代謝リプログラミングをコントロールし肝癌細胞の増殖・進展を抑制することの可能性を示すものである。

今後の研究の推進方策

異常な栄養環境に適応し肝癌細胞が代謝リプログラミングを行うことで、増殖進展、治療抵抗性を獲得する可能性がある。そのため、当初の計画に沿って代謝動態の変化やそれらを担う責任分子群を引き続き解析する。
具体的には、マウス正常肝とマウスNASH肝それぞれに直接ヒト肝癌細胞株を注入して形成した肝癌腫瘍間で、網羅的な遺伝子発現差異解析を進めると共に、miRNAの網羅的発現解析を行い、バイオインフォマテイクス解析にて、いかなるmiRNAがNASH肝に移植された肝癌細胞の遺伝子セット（pathway）の活性化に関与するかを明らかにする。一方、エピゲノム制御因子であるLSD2は脂質代謝関連遺伝子を制御していることから、NASH肝における栄養環境とエピゲノム制御因子、並びにその標的遺伝子としての脂質代謝関連遺伝子との機能的連携を解析していく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Optimal management of lenvatinib therapy for patients with unresectable hepatocellular carcinoma by balancing the therapeutic effect with the relative dose intensity. (2022)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga T, Nagaoka K, Watanabe T, Tanaka M, Tanaka Y, et al.
  • 雑誌名: Hepatol Res 巻: 52 号: 1 ページ: 105-119
  • DOI: 10.1111/hepr.13720
  • 査読あり
• [雑誌論文] Droplet digital PCR assay provides intrahepatic HBV?cccDNA quantification tool for clinical application (2022)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Sanae、Isogawa Masanori、Kawashima Keigo、Ito Kyoko、Chuaypen Natthaya、Morine Yuji、Shimada Mitsuo、Higashi-Kuwata Nobuyo、Watanabe Takehisa、Tangkijvanich Pisit、Mitsuya Hiroaki、Tanaka Yasuhito
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1
  • DOI: 10.1038/s41598-022-05882-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clusterin and Related Scoring Index as Potential Early Predictors of Response to Sorafenib in Hepatocellular Carcinoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Narahara S, Watanabe T, Nagaoka K, Fujimoto N, Furuta Y, Tanaka K, Tokunaga T, Kawasaki T, Yoshimaru Y, Setoyama H, Oniki K, Saruwatari J, Tateyama M, Naoe H, Tanaka M, Tanaka Y, Sasaki Y.
  • 雑誌名: Hepatology Communications 巻: - 号: 5 ページ: 1198-1212
  • DOI: 10.1002/hep4.1872
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Modified albumin?bilirubin grade to predict eligibility for second-line therapies at progression on sorafenib therapy in hepatocellular carcinoma patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Takayuki、Tanaka Motohiko、Tanaka Kentaro、Narahara Satoshi、Kawasaki Takeshi、Yoshimaru Yoko、Nagaoka Katsuya、Watanabe Takehisa、Tateyama Masakuni、Naoe Hideaki、Sasaki Yutaka、Tanaka Yasuhito
  • 雑誌名: International Journal of Clinical Oncology 巻: 26 号: 5 ページ: 922-932
  • DOI: 10.1007/s10147-020-01835-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Murine neonatal ketogenesis preserves mitochondrial energetics by preventing protein hyperacetylation (2021)
  • 著者名/発表者名: Arima Yuichiro、Nakagawa Yoshiko、Takeo Toru、Ishida Toshifumi、Yamada Toshihiro、et al.
  • 雑誌名: Nature Metabolism 巻: 3 号: 2 ページ: 196-210
  • DOI: 10.1038/s42255-021-00342-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ten‐Eleven Translocation 1 Promotes Malignant Progression of Cholangiocarcinoma With Wild‐Type Isocitrate Dehydrogenase 1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Bai Xuewei、Zhang Hongyu、Zhou Yamei、Nagaoka Katsuya、Meng Jialin、Ji Chengcheng、Liu Dan、Dong Xianghui、Cao Kevin、Mulla Joud、Cheng Zhixiang、Mueller William、Bay Amalia、Hildebrand Grace、Lu Shaolei、Wallace Joselynn、Wands Jack R.、Sun Bei、Huang Chiung‐Kuei
  • 雑誌名: Hepatology 巻: 73 号: 5 ページ: 1747-1763
  • DOI: 10.1002/hep.31486
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sphingosine‐1‐phosphate promotes tumor development and liver fibrosis in mouse model of congestive hepatopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Kawai H, Osawa Y, Matsuda M, Tsunoda T, Yanagida K, Hishikawa D, Okawara M, Sakamoto Y, Shimagaki T, Tsutsui Y, Yoshida Y, Yoshikawa S, Hashi K, Doi H, Mori T, Yamazoe T, Yoshio S, Sugiyama M, Okuzaki D, Komatsu H, Inui A, Tamura-Nakano M, Oyama C, Shindou H, Kusano H, Kage M, Ikegami T, Yanaga K, Kanto T
  • 雑誌名: Hepatology 巻: - 号: 1 ページ: 112-125
  • DOI: 10.1002/hep.32256
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cluster of Differentiation 44 Promotes Liver Fibrosis and Serves as a Biomarker in Congestive Hepatopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Osawa Y, Kawai H, Yamazoe T, Kanto T, et al.
  • 雑誌名: Hepatology Communications 巻: 5 号: 8 ページ: 1437-1447
  • DOI: 10.1002/hep4.1721
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Calcium signaling induces a partial EMT (2021)
  • 著者名/発表者名: NorgardJason RJ, Yamazoe T, Stranger BZ, et al.
  • 雑誌名: EMBO Reports 巻: - 号: 9
  • DOI: 10.15252/embr.202051872
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Elevated 2-oxoglutarate antagonizes chemotherapeutic effects in cholangiocarcinoma by targeting DNA damage response signaling pathways. (2021)
  • 著者名/発表者名: Nagaoka K, Chengcheng Ji, Wands JR, et al.
  • 学会等名: The 72nd Annual Meeting of the American Association for the Study of Liver Diseases
  • 国際学会
• [学会発表] 肝内胆管癌におけるAspartateβ-hydroxylase阻害剤とDNA合成阻害剤による相乗的なDNA損傷と抗腫瘍効果の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長岡克弥、HuangChiung-Kuei、田中靖人
  • 学会等名: 第57回日本肝臓学会総会
• [学会発表] ヒストン修飾酵素LSD2による肝脂質代謝制御と栄養環境対応性の発現変化～NAFLDの病態解明を目指して～ (2021)
  • 著者名/発表者名: 長岡克弥、渡邊丈久、楢原哲史、田中健太郎、徳永尭之、川崎剛、吉丸洋子、瀬戸山博子、立山雅邦、田中基彦、佐々木裕、田中靖人
  • 学会等名: 第25回日本肝臓学会大会
• [学会発表] 肝細胞癌に対するソラフェニブ・レンバチニブの薬剤選択に有用な血清バイオマーカーの解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 楢原哲史、渡邊丈久、田中靖人
  • 学会等名: 第57回 日本肝臓学会
• [学会発表] Novel serum biomarkers useful for drug selection of sorafenib and lenvatinib for hepatocellular carcinoma (2021)
  • 著者名/発表者名: Narahara S, Watanabe T, Tanaka Y, et al.,
  • 学会等名: The 72nd Annual Meeting of the American Association for the Study of Liver Diseases
  • 国際学会