タンパク質メチル化を標的とした新規がんの分子標的治療薬の開発

• 研究課題/領域番号: 22681030
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: ゲノム医科学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浜本 隆二 東京大学, 医科学研究所, 助教 (80321800)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 採択後辞退 (2013年度)
• 配分額: 20,020千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 4,620千円); 2013年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円); 2012年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2011年度: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2010年度: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)
• キーワード: タンパク質メチル化 / エピジェネティクス / がんの分子標的治療薬

研究概要

平成24年度においては、がん特異的にメチル化が亢進しているタンパク質を同定することを目的に、pan-methyl lysine抗体を用いて非腫瘍細胞と比して腫瘍細胞でメチル化が亢進しているタンパク質をマススペクトロメトリーで解析を行った結果、HSP70が同定された。同じくマススペクトロメトリーで詳細にメチル化部位を解析したところ、561番目のリジン残基がジメチル化していることが同定された。そこで、特異抗体を作製し臨床検体を用いて免疫組織学的解析を行った結果、このメチル化は肺がん組織、膀胱がん組織、腎がん組織において非腫瘍部と比して腫瘍部で著しくメチル化が亢進していることが分かった。興味深いことに、通常HSP70は細胞質に主に存在しているが、メチル化したHSP70は主に細胞核に局在していた。一方、このメチル化を司るメチル化酵素の探索を行ったところ、ヒストンメチル化酵素SETD1AがHSP70をメチル化していることを同定し、SETD1Aの発現もがん細胞特異的に亢進していることを突き止めた。
続いてがん細胞中でのメチル化HSP70の機能を解析する目的で、メチル化HSP70に結合するタンパク質を免疫沈降法で探索したところ、細胞分裂に必須なAurora Bキナーゼが同定された。メチル化HSP70がAurora Bキナーゼに結合するとその活性は増強されることから、メチル化HSP70が核内に局在することにより、細胞分裂が促進すると考えられた。実際に野生型HSP70に比して、メチル化非活性型HSP70を強制発現させることにより細胞の増殖が有意に低下することから、メチル化HSP70はAurora Bキナーゼを活性化させることにより、がん細胞の異常増殖及び悪性化に寄与していることが示唆された。
本研究によりヒストンメチル化酵素SETD1AがHSP70をメチル化し、メチル化HSP70はAurora Bキナーゼを介してがん細胞の異常増殖及び悪性化に寄与するという新しいメカニズムが明らかになった。SETD1Aの発現をノックダウンすることによりがん細胞の増殖が著しく抑制されることから、SETD1Aの機能を阻害しHSP70メチル化を抑制することは抗がん治療に直結することが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] The histone methyltransferase Wolf-Hirschhorn syndrome candidate 1-like 1 (WHSC1L1) is involved in human carcinogenesis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kang D, Cho HS, Toyokawa G, Kogure M, Yamane Y, Iwai Y, Hayami S, Tsunoda T, Field HI, Matsuda K, Neal DE, Ponder BA, Maehara Y, Nakamura Y, Hamamoto R.
  • 雑誌名: Genes Chromosomes Cancer 巻: 52 号: 2 ページ: 126-139
  • DOI: 10.1002/gcc.22012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone Lysine Methyltransferase SETD8 Promotes Carcinogenesis by Deregulating PCNA Expression (2012)
  • 著者名/発表者名: Masashi Takawa, Hyun-Soo Cho, Shinya Hayami, Gouji Toyokawa, Masaharu Kogure, Yuka Yamane, Yukiko Iwai, Kazuhiro Maejima, Koji Ueda, Akiko Masuda, Naoshi Dohmae, Helen I. Field, Tatsuhiko Tsunoda, Takaaki Kobayashi, Takayuki Akasu, Masanori Sugiyama, Shin-ichi Ohnuma, Yutaka Atomi, Bruce A. J. Ponder, Yusuke Nakamura, Ryuji Hamamoto
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 72 ページ: 3217-3227
  • 査読あり
• [雑誌論文] B1 Methylation by SMYD2 Enhances Cell Cycle Progression through an Increase of RB1 Phosphorylation (2012)
  • 著者名/発表者名: Hyun-Soo Cho. Shinya Hayami, Gouji Toyokawa, Kazuhiro Maejima, Yuka Yamane, Takehiro Suzuki, Naoshi Dohmae, Masaharu Kogure, Daechun Kang, David E. Neal, Bruce A. J. Ponder, Hiroki Yamaue, Yusuke Nakamura, Ryuji Hamamoto
  • 雑誌名: Neoplasia 巻: 14 ページ: 476-486
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recognition of modification status on a histone H3 tail by linked histone reader modules of UHRF1 (2012)
  • 著者名/発表者名: Kyohei Arita, Shin Isogai, Takashi Oda, Motoko Unoki, Kazuya Sugita, Naotaka Sekiyama, Keiko Kuwata, Ryuji Hamamoto Hidehito Tochio, Mamoru Sato, Mariko Ariyoshi, Masahiro
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 109 ページ: 12950-12955
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced HSP70 lysine methylation promotes proliferation of cancer cells through activation of aurora kinase B (2012)
  • 著者名/発表者名: Hyun-Soo Cho, Shinya Hayami, Gouji Toyokawa, Kazuhiro Maejima, Yuka Yamane, Takehiro Suzuki, Naoshi Dohmae, Masaharu Kogure, Daechun Kang, David E, Neal, Bruce, A. J. Ponder, Hiroki Yamaue, Yusuke Nakamura, Ryuji Hamamoto
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 3 号: 1 ページ: 1072-1072
  • DOI: 10.1038/ncomms2074
  • 査読あり
• [雑誌論文] Histone lysine methyltransferase Wolf-Hirschhorn syndrome candidate 1 is involved in human carcinogenesis through regulation of the Wnt pathway (2011)
  • 著者名/発表者名: Toyokawa G, Cho HS, Masuda K, Yamane Y, Yoshimatsu M, Hayami S, Takawa M, Iwai Y, Daigo Y, Tsuchiya E, Tsunoda T, Field HI, Kelly JD, Neal DE, Maehara Y, Ponder BA, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: Neoplasia 巻: 13 ページ: 887-898
  • 査読あり
• [雑誌論文] The JmjC domain-containing histone demethylase KDM3A is a positive regulator of the G(1)/S transition in cancer cells via transcriptional regulation of the HOXA1 gene (2011)
  • 著者名/発表者名: Cho HS, Toyokawa G, Daigo Y, Hayami S, Masuda K, Ikawa N, Yamane Y, Maejima K, Tsunoda T, Field HI, Kelly JD, Neal DE, Ponder BA, Maehara Y, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: Int J Cancer 巻: (in press) 号: 3
  • DOI: 10.1002/ijc.26501
  • 査読あり
• [雑誌論文] The histone demethylase JMJD2B plays an essential role in human carcinogenesis through positive regulation of cyclin-dependent kinase 6 (2011)
  • 著者名/発表者名: Toyokawa G, Cho HS, Iwai Y, Yoshimatsu M, Takawa M, Hayami S, Maejima K, Shimizu N, Tanaka H, Tsunoda T, Field HI, Kelly JD, Neal DE, Ponder BA, Maehara Y, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: Cancer Prev Res (Phila) 巻: 4 ページ: 2051-2061
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced expression of EHMT2 is involved in the proliferation of cancer cells through negative regulation of SIAH1 (2011)
  • 著者名/発表者名: Cho HS, Kelly JD, Hayami S, Toyokawa G, Takawa M, Yoshimatsu M, Tsunoda T, Field HI, Neal DE, Ponder BA, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: Neoplasia 巻: 13 ページ: 676-684
  • 査読あり
• [雑誌論文] Minichromosome Maintenance Protein 7 is a potential therapeutic target in human cancer and a novel prognostic marker of non-small cell lung cancer (2011)
  • 著者名/発表者名: Toyokawa G, Masuda K, Daigo Y, Cho HS, Yoshimatsu M, Takawa M, Hayami S, Maejima K, Chino M, Field HI, Neal DE, Tsuchiya E, Ponder BA, Maehara Y, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: Mol Cancer 巻: 13 ページ: 65-65
  • 査読あり
• [雑誌論文] Validation of the histone methyltransferase EZH2 as a therapeutic target for various types of human cancer and as a prognostic marker (2011)
  • 著者名/発表者名: Takawa M, Masuda K, Kunizaki M, Daigo Y, Takagi K, Iwai Y, Cho HS, Toyokawa G, Yamane Y, Maejima K, Field HI, Kobayashi T, Akasu T, Sugiyama M, Tsuchiya E, Atomi Y, Ponder BA, Nakamura Y, Hamamoto R.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 102 号: 7 ページ: 1298-1305
  • DOI: 10.1111/j.1349-7006.2011.01958.x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Demethylation of RB regulator MYPT1 by histone demethylase LSD1 promotes cell cycle progression in cancer cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Cho HS, Suzuki T, Dohmae N, Hayami S, Unoki M, Yoshimatsu M, Toyokawa G, Takawa M, Chen T, Kurash JK, Field HI, Ponder BA, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 71 ページ: 655-660
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dysregulation of PRMT1 and PRMT6, Type I arginine methyltransferases, is involved in various types of human cancers (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshimatsu M, Toyokawa G, Hayami S, Unoki M, Tsunoda T, Field HI, Kelly JD, Neal DE, Maehara Y, Ponder BA, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: International Journal of Cancer 巻: 128 ページ: 562-573
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpression of LSD1 contributes to human carcinogenesis through chromatin regulation in various cancers (2011)
  • 著者名/発表者名: Hayami S, Kelly JD, Cho HS, Yoshimatsu M, Unoki M, Tsunoda T, Field HI, Neal DE, Yamaue H, Ponder BA, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: International Journal of Cancer 巻: 128 ページ: 574-586
  • 査読あり
• [雑誌論文] UHRF1 is a novel diagnostic marker of lung cancer. (2010)
  • 著者名/発表者名: Unoki M, Daigo Y, Koinuma J, Tsuchiya E, Hamamoto R, Nakamura Y
  • 雑誌名: British Journal of Cancer 巻: 103 ページ: 217-222
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of the tubulin tyrosine ligase-like family member 4 polyglutamylase in PELP1 polyglutamylation and chromatin remodeling in pancreatic cancer cells (2010)
  • 著者名/発表者名: Kashiwaya K, Nakagawa H, Hosokawa M, Mochizuki Y, Ueda K, Piao L, Chung S, Hamamoto R, Eguchi H, Ohigashi H, Ishikawa O, Janke C, Shinomura Y, Nakamura Y
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 70 ページ: 4024-4033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpression of the JmjC histone demethylase KDM5B in human carcinogenesis : involvement in the proliferation of cancer cells through the E2F/RB pathway (2010)
  • 著者名/発表者名: Hayami S, Yoshimatsu M, Veerakumarasivam A, Unoki M, Iwai Y, Tsunoda T, Field HI, Kelly JD, Neal DE, Yamaue H, Ponder BA, Nakamura Y, Hamamoto R
  • 雑誌名: Molecular Cancer 巻: 13 ページ: 59-59
  • 査読あり
• [学会発表] RBI methylation by SMYD2 enhances cell cycle progression through an increase of RBI phosphorylation (2012)
  • 著者名/発表者名: Shinya Hayami, Hyun-Soo Cho, Hiroki Yamaue, Yusuke Nakamura, Ryuii Hamamoto
  • 学会等名: 第71回日本癌学会学術集会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-09-20
• [学会発表] A Project Developing a New Cancer Therapy Targeting Histone Methyltransferase and Demethylase. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Hamamoto
  • 学会等名: 日本癌学会
  • 発表場所: 大阪国際会議場
  • 年月日: 2010-09-21
• [備考]
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/todai-research/research-information/heat-shock-protein-70-hsp70-or-hsp1a1-is-a-ubiquitous-molecular-chaperone-that-functions-in-a-myriad-of-biological-processes-including-modulatin-of-polypeptide-folding-protein-degradation-translo/