レドックス制御に基づいた急性骨髄性白血病の治療応用

• 研究課題/領域番号: 21K08432
• 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54010:血液および腫瘍内科学関連
• 研究機関: 公益財団法人神戸医療産業都市推進機構
• 研究代表者: 山嵜 博未 公益財団法人神戸医療産業都市推進機構, その他部局等, 研究員(上席・主任研究員クラス) (20720915)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021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: Bリンパ球 / 脂質過酸化 / セレノプロテイン / 急性骨髄性白血病 / 造血幹細胞 / 酸化ストレス / レドックス / MLL-AF9 / GPX4 / フェロトーシス / 骨髄異形成症候群

研究開始時の研究の概要

骨髄異形成症候群(MDS)は、造血幹細胞に起因する悪性疾患であり血球減少や形態異常を特徴とする。MDSは高率に急性骨髄性白血病(AML)に形質転換するが、この過程で腫瘍細胞は細胞死を回避する機構を獲得し、急速なクローン拡大を示す。本研究では、鉄依存性の脂質過酸化に起因する細胞死である「フェロトーシス」が腫瘍抑制的に機能するという近年の報告に着眼した。フェロトーシス感受性がMDSとAMLの相反する性質を規定すると仮説を立て、疾患モデルマウスやセレノプロテイン合成酵素欠失マウスによるフェロトーシス誘導系を用いて、AMLにおける新規治療戦略を多角的に検証する。

研究実績の概要

前年度までにTrsp KOマウスがPro-B細胞以降の分化・成熟異常を示すこと、Trsp KOマウスへのフェロトーシス阻害剤ビタミンE欠乏食の投与は、活性酸素の蓄積を伴ったBリンパ球の分化障害を加速させたことを明らかにしたが、当該年度では、ビタミンE過剰食投与が同表現型を部分的に回避することを見出し、過酸化脂質蓄積を伴うフェロトーシスとBリンパ球分化障害の関連を明らかにした。さらに興味深いことに、Trsp KOマウスのB前駆細胞はBリンパ球分化の制御因子の発現低下および骨髄球分化関連遺伝子の発現上昇を示した。そこでB前駆細胞の移植実験により個体レベルでのB前駆細胞の分化能を検討したところ、Trsp KOマウス由来のB前駆細胞の一部がレシピエントマウスにおいて骨髄球系マーカー陽性細胞となっていたことから、Bリンパ球系から骨髄球系への分化スイッチの可能性が示唆された。
また、Trsp KOマウスは造血幹細胞の機能低下、B細胞および赤血球の減少といった老化の特徴を示すため、セレノプロテイン合成破綻と老化との関連に着目した。実際、高齢ヒト造血幹細胞においてセレノプロテイン合成系遺伝子の発現が低下すること、Trsp KOの造血幹前駆細胞では老化関連経路が有意に上昇していたことを見出し、Trsp KOマウスが老化モデルの一つとして有用である可能性が示された。
また白血病発症におけるセレノプロテインの役割を明らかにするためにROSA26CreERT2: Trspflox/flox造血幹細胞にMLL-AF9を発現させた連続移植可能な白血病モデルを樹立した。タモキシフェンを投与によりTrsp欠失を誘導するとAML発症が抑制され、有意な生存の延長を示したことからセレノプロテインが白血病の維持に寄与することが個体レベルで示された。

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

Bリンパ球の分化異常についてビタミンE過剰食投与によるレスキュー実験、B前駆細胞の移植実験、in vitro分化系等の複数の解析を用いて詳細に解析することができた。また老化の観点からもTrsp KOマウスの性質についてアプローチを行った。さらに、マウス白血病モデルを用いたTrsp欠失系を樹立し、白血病におけるセレノプロテインの重要性を示すことができ、順調に進展している。

今後の研究の推進方策

セレノプロテインとその合成系を標的としたsgRNAライブラリーを作成しCRISPRスクリーニングを行い、正常造血と腫瘍性造血における依存するセレノプロテインの違いを明らかにし、治療標的を特定するための解析を進めている。正常造血についてもこのライブラリーを用いてin vivo CRISPRスクリーニングを行い各分化段階における主として働くセレノプロテインを特定する方針で実験を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Multiomics and artificial intelligence enabled peripheral blood-based prediction of amnestic mild cognitive impairment (2023)
  • 著者名/発表者名: Tatara Y, Yamazaki H, Katsuoka F, Chiba M, Saigusa D, Kasai S, Nakamura T, Inoue J, Aoki Y, Shoji M, Motoike I, Tamada Y, Hashizume K, Shoji M, Kinoshita K, Murashita K, Nakaji S, Yamamoto M, Itoh K.
  • 雑誌名: Current Research in Translational Medicine. 巻: 71 号: 1 ページ: 103367-103367
  • DOI: 10.1016/j.retram.2022.103367
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pathological substrate of memory impairment in multiple system atrophy (2022)
  • 著者名/発表者名: Miki Yasuo、Tanji Kunikazu、Shinnai Kana、Tanaka Makoto T.、Altay Firat、et al.
  • 雑誌名: Neuropathology and Applied Neurobiology 巻: 48 号: 7
  • DOI: 10.1111/nan.12844
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sulforaphane Increase Mitochondrial Biogenesis-Related Gene Expression in the Hippocampus and Suppresses Age-Related Cognitive Decline in Mice. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shimizu S, Kasai S, Yamazaki H, Tatara Y, Mimura J, Engler MJ, Tanji K, Nikaido Y, Inoue T, Suganuma H, Wakabayashi K, Itoh K.
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences. 巻: 23(6) 号: 15 ページ: 8433-8433
  • DOI: 10.3390/ijms23158433
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Aberrant <i>EVI1</i> splicing contributes to <i>EVI1</i>-rearranged leukemia (2022)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Atsushi、Kunimoto Hiroyoshi et al.
  • 雑誌名: Blood 巻: 140 号: 8 ページ: 875-888
  • DOI: 10.1182/blood.2021015325
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dysregulated minor intron splicing in cancer. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishimura K*, Yamazaki H*, Zang W, Inoue D.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 113 号: 9 ページ: 2934-2942
  • DOI: 10.1111/cas.15476
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Inducible Systemic Gcn1 Deletion in Mice Leads to Transient Body Weight Loss upon Tamoxifen Treatment Associated with Decrease of Fat and Liver Glycogen Storage (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu Jun、Kasai Shuya、Tatara Yota、Yamazaki Hiromi、Mimura Junsei、Mizuno Seiya、Sugiyama Fumihiro、Takahashi Satoru、Sato Tsubasa、Ozaki Taku、Tanji Kunikazu、Wakabayashi Koichi、Maeda Hayato、Mizukami Hiroki、Shinkai Yasuhiro、Kumagai Yoshito、Tomita Hirofumi、Itoh Ken
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 23 号: 6 ページ: 3201-3201
  • DOI: 10.3390/ijms23063201
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Minor intron retention drives clonal hematopoietic disorders and diverse cancer predisposition (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue D, Polaski JT, Taylor J, Castel P, Chen S, Kobayashi S, Hogg SJ, Hayashi Y, Fukumoto M, Yamazaki H, Tanaka A, Fukui C, Chew GL, McCormick F, Bradley RK, Abdel-Wahab O.
  • 雑誌名: Nature Genetics 巻: 21 号: 5 ページ: 828-828
  • DOI: 10.1038/s41588-021-00828-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Targeting the ATF4-LAT1-MYC Loop: Disrupting A Crucial Pathway in AML Development. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Yamazaki, Hitomi Ito, Koutarou Nishimura, Yui Koike, Daichi Inoue.
  • 学会等名: 第85回 日本血液学会学術集会
• [学会発表] ATF4-LAT1-MYCループ阻害によるAML発症の抑制機構. (2023)
  • 著者名/発表者名: 山嵜博未、伊藤裕美、西村耕太郎、小池優依、井上大地.
  • 学会等名: 第96回 日本生化学会大会
• [学会発表] Pathogenic mechanisms of amino acid metabolism in acute myeloid leukemia. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Yamazaki, Hitomi Ito, Koutarou Nishimura, Yui Koike, Daichi Inoue
  • 学会等名: 第20回幹細胞シンポジウム
• [学会発表] アミノ酸代謝を標的とした造血器腫瘍の病態解明と治療応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 山嵜博未、伊藤裕美、西村耕太郎、小池優依、井上大地
  • 学会等名: 第76回酸化ストレス学会学術集会