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細胞内ナトリウムポンプ小胞を基点とする新規がん細胞生存機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 23K24063
補助金の研究課題番号 22H02801 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分48020:生理学関連
研究機関富山大学

研究代表者

酒井 秀紀  富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 教授 (60242509)

研究分担者 奥村 知之  富山大学, 学術研究部教育研究推進系, 特命教授 (10533523)
藤井 拓人  富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 講師 (50567980)
研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
12,480千円 (直接経費: 9,600千円、間接経費: 2,880千円)
2024年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2023年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
キーワードナトリウムポンプ / がん細胞 / アノイキス回避 / 血中循環腫瘍細胞 / 小胞 / アノイキス耐性
研究開始時の研究の概要

ナトリウムポンプα3アイソフォーム(α3NaK)は、がん細胞内の小胞に異常高発現している。我々は最近、がん細胞の足場からの剥離により、α3NaKが、原形質膜にダイナミックに移動することを見出した。本研究では、α3NaKがアノイキス回避の司令塔として機能するという仮説を立て、ヒト由来の各種がん細胞株、患者やマウスから摘出・単離したがん組織と細胞における研究を遂行し、α3NaKの局在変化がアノイキス回避を誘導するメカニズムの全容解明を目指す。このメカニズムを破綻させる化合物も探索する。本研究により、アノイキス回避の新規概念が構築されると共に、がん転移を阻止する新たな治療法の開発基盤が創出される。

研究実績の概要

がん細胞の小胞に異常発現するナトリウムポンプα3アイソフォーム(α3NaK)が関与するアノイキス(細胞剥離誘導細胞死)回避の分子メカニズム、またα3NaKを標的とした新たな転移がん抑制メカニズムを解明する目的で研究を行った。
まずマイクロアレイを用いた網羅的解析により、α3NaKに関連する分子としてthyroid adenoma-associated protein (THADA)を同定した。ナトリウムポンプの阻害剤である強心配糖体(ジゴキシン、ウアバイン、オレアンドリン)は、サブμMの濃度においてTHADAの発現を有意に減少させた。THADAをノックダウンしたヒト口腔がん細胞では増殖は有意に抑制し、THADAの再発現により抑制された増殖が回復した。またこの増殖抑制機構に、アミノ酸トランスポーターLAT1が関与することを見出した。従って、強心配糖体による抗がんメカニズムにα3NaK-THADA-LAT1経路の抑制が関与することが明らかになった。
次に、マウスの皮下もしくは胃壁にヒト胃がん細胞由来MKN45細胞を移植し、血液中を循環する腫瘍細胞(血中循環腫瘍細胞:CTC)を解析するバイオアッセイモデルを構築した。原発がん組織および肝転移組織において、α3NaKは細胞質内に局在していたが、血液から単離したCTCでは、原形質膜に局在していた。ジゴキシンを腹腔内投与したマウスでは、CTC数が有意に減少した。また、胃壁移植モデルにおいて、ジゴキシン投与群で肝転移も抑制した。
以上、本年度の研究により、転移がん細胞の生存に関与するα3NaKの新たな関連分子の同定、またα3NaKを標的としてCTCを抑制する新たながん転移抑制法の開発につながる成果が得られた。

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

本年度の5つの研究項目のうち、1)α3NaKが発現する小胞の実体と機能の解明については、がん細胞株を各種界面活性剤で処理した後、アイソトープにより細胞内小胞のイオンの動態を調べている。2)α3NaK以降のアノイキス回避シグナル系の解明については、本年度の研究で、THADA-LAT1経路を見出し、候補分子としてのLAT1とpAMPKとの機能連関を検討するとともに、他の候補分子の探索も進めている。3)アノイキス回避シグナルを遮断する化合物の探索については、各種強心配糖体の立体異性体の効果の差異に着目して研究を進めている。4)腹水中の浮遊がん細胞、CTCおよび原発がん組織におけるα3NaKの発現と機能の解明および5)ヒトがん細胞株を用いたマウスCTCモデルの作製と候補化合物の効果の検討については、マウスにおいてCTCを解析するバイオアッセイモデルを構築し、原発がん組織と血液から単離したCTCでの、α3NaKの局在変化を明らかにするとともに、マウスへのジゴキシン投与により、CTC数が減少し、がん転移も抑制されることを見出した。以上の得られた成果と進捗状況を総合的に判断し、「おおむね順調に進展している」とした。

今後の研究の推進方策

本年度の研究成果に基づき、α3NaKが関与するアノイキス回避シグナルの全容解明を目指し、1)α3NaKのシグナル経路に関与すると考えられるタンパク質(LAT1、THADA等)が、接着および剥離がん細胞において、α3NaKと構造的・機能的に連関するのかについて検討する。2)接着および剥離がん細胞の遺伝子発現量の差異をマイクロアレイにより網羅的に解析し、アノイキス回避候補分子をピックアップする。候補分子について、小胞および原形質膜におけるα3NaKとの関連性を検討する。3)ヒトがん細胞株やマウスにおいて、候補分子のノックダウンまたはノックアウトにより、当該分子の病態生理機能を解析し、α3NaK以降のアノイキス回避シグナルの全容を解明する。
また、がん患者由来CTCにおけるアノイキス回避候補分子の発現および機能解析のため、1)患者から採取した血液よりCTCを高精度に単離し、α3NaKおよび候補分子の発現・局在を調べる。2)手術により摘出した原発がん組織を酵素処理し、剥離状態のヒトがん細胞を調製し、アノイキス回避候補分子の発現・局在について検討する。3)組織マイクロアレイにより、α3NaKおよびアノイキス回避候補分子の発現パターンを、患者の病理組織解析に基づくがん悪性度と関連づけるとともに、手術症例に基づく生存曲線との相関性を検討する。
さらに、アノイキス回避シグナルを遮断する化合物の探索のために、1)各種の強心配糖体ならびにアノイキス回避候補分子を標的とする各種化合物を剥離したヒトがん細胞株に作用させ、アポトーシス誘導効果を検討する。2)各種化合物をマウスに腹腔内投与し、血液中のCTC数および転移に対する効果を検証する。3)各種化合物を、がん患者の原発組織から調製した剥離状態のがん細胞、および血液から調製したCTCに作用させ、CTC抑制効果を検証する。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Negative regulation of thyroid adenoma-associated protein (THADA) in the cardiac glycoside-induced anti-cancer effect2024

    • 著者名/発表者名
      Katoh Mizuki、Fujii Takuto、Tabuchi Yoshiaki、Shimizu Takahiro、Sakai Hideki
    • 雑誌名

      The Journal of Physiological Sciences

      巻: 74 号: 1 ページ: 23-23

    • DOI

      10.1186/s12576-024-00914-7

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] がん細胞におけるNa<sup>+</sup>/K<sup>+</sup>ポンプとCl<sup>-</sup>チャネルの新しい病態生理機能2023

    • 著者名/発表者名
      Fujii Takuto、Shimizu Takahiro、Sakai Hideki
    • 雑誌名

      日本薬理学雑誌

      巻: 158 号: 6 ページ: 465-468

    • DOI

      10.1254/fpj.23057

    • ISSN
      0015-5691, 1347-8397
    • 年月日
      2023-11-01
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Polycystic kidney disease 2-like 1 channel contributes to the bitter aftertaste perception of quinine2023

    • 著者名/発表者名
      Shimizu Takahiro、Fujii Takuto、Hanita Keisuke、Shinozaki Ryo、Takamura Yusaku、Suzuki Yoshiro、Kageyama Teppei、Kato Mizuki、Nishijo Hisao、Tominaga Makoto、Sakai Hideki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 4271-4271

    • DOI

      10.1038/s41598-023-31322-3

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Activation of mouse Otop3 proton channels by Zn2+2023

    • 著者名/発表者名
      Fujii Takuto、Shimizu Takahiro、Kaji Yukino、Katoh Mizuki、Sakai Hideki
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 658 ページ: 55-61

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2023.03.066

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Parkinson's disease-associated ATP13A2/PARK9 functions as a lysosomal H+,K+-ATPase.2023

    • 著者名/発表者名
      Takuto Fujii, Shushi Nagamori, Pattama Wiriyasermkul, Shizhou Zheng, Asaka Yago, Takahiro Shimizu, Yoshiaki Tabuchi, Tomoyuki Okumura, Tsutomu Fujii, Hiroshi Takeshima, Hideki Sakai
    • 雑誌名

      Nature communications

      巻: 14 号: 1 ページ: 2174-2174

    • DOI

      10.1038/s41467-023-37815-z

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 強心配糖体によるα3NaKを介した胃癌血中循環腫瘍細胞(CTC)の抑制2024

    • 著者名/発表者名
      沼田佳久,藤井拓人,奥村知之,田中晴祥,白井祥睦,真鍋高宏,三輪武史,平野勝久,橋本伊佐也,酒井秀紀,藤井 努
    • 学会等名
      第96回日本胃癌学会総会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Quinineの苦味後味受容におけるPKD2L1カチオンチャネルの役割2024

    • 著者名/発表者名
      清水貴浩,藤井拓人,埴田佳佑,篠崎稜,高村雄策,鈴木喜郎,影山哲平,加藤瑞希,西条寿夫,富永真琴,酒井秀紀
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Physiological and pathophysiological functions of intracellular ATPases.2024

    • 著者名/発表者名
      Takuto Fujii, Takahiro Shimizu, Hideki Sakai
    • 学会等名
      第101回日本生理学会大会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Functional analysis of ion and phospholipid transports of purified human TMEM16F.2023

    • 著者名/発表者名
      Teppei Kageyama, Taiga Sakurai, Takahiro Shimizu, Hiroyuki Nakao, Masayuki Iwamoto, Takuto Fujii, Shushi Nagamori, Minoru Nakano, Shigetoshi Oiki, Hideki Sakai
    • 学会等名
      The 7th Toyama-Basel Joint Symposium
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] リソソームに発現する新規H+,K+-ATPaseの病態生理機能2023

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人,永森收志,Wiriyasermkul Pattama,田渕圭章,清水貴浩,竹島浩,酒井秀紀
    • 学会等名
      生理研研究会「上皮膜輸送と細胞極性形成機構の統合的理解を目指して」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 神経細胞のリソソーム膜におけるATP13A2(PARK9)のイオン輸送機能と酸分泌抑制剤(P-CAB)の効果2023

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人,永森收志,Wiriyasermkul Pattama,田渕圭章,清水貴浩,奥村知之,藤井努,竹島浩,酒井秀紀
    • 学会等名
      第44回 生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] ヒトTMEM16Fのイオン/リン脂質輸送機構の解析2023

    • 著者名/発表者名
      清水貴浩,白井佳暖,鍋島彰太,小澤茂喜,藤井拓人,酒井秀紀
    • 学会等名
      第70回中部日本生理学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 多機能タンパク質TMEM16Fのイオンチャネル機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      影山哲平,櫻井大雅,清水貴浩,岩本真幸,藤井拓人,老木成稔,酒井秀紀
    • 学会等名
      第70回中部日本生理学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 脳に発現するオーファンATPaseの局在および機能の解析2023

    • 著者名/発表者名
      南拓磨,藤井拓人,清水貴浩,酒井秀紀
    • 学会等名
      日本薬学会北陸支部第135回例会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 神経細胞リソソームに発現する新規H+,K+-ATPaseであるATP13A2の生理・薬理学的特性2023

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人,永森收志,Wiriyasermkul Pattama,清水貴浩,田渕圭章,奥村知之,藤井努,竹島浩,酒井秀紀
    • 学会等名
      第97回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 小胞体(ER)に発現する新規K+ポンプの分子生理機能2023

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人,三浦基,矢後亜沙佳,池田瞬,清水貴浩,酒井秀紀
    • 学会等名
      生理研研究会「細胞環境のシグナリングと計測」
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 強心配糖体を用いたCTC制御機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 沼田佳久, 清水貴浩, 奥村知之, 藤井努, 酒井秀紀
    • 学会等名
      第6回CTC臨床応用研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Pathophysiological function of the sodium pump abnormally expressed in intracellular vesicles of gastrointestinal cancer cells2023

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      日本生理学会第100回記念大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Is expression of the Na+,K+-ATPase α4 isoform testis-specfic?2023

    • 著者名/発表者名
      加藤瑞希, 緒方萌乃, 田渕圭章, 藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      日本生理学会第100回記念大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強心配糖体によるグルコース輸送体GLUT1の動態変化を介したがん細胞解糖系抑制機構2023

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      日本薬学会第143年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] がん細胞特異的小胞を標的としたグルコース輸送体の動態制御機構2022

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 田渕圭章, 清水康晴, 竹島浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      2022年度生理研研究会「上皮膜輸送と細胞極性形成機構の統合的理解を目指して」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] がん細胞のNa+,K+-ATPaseに対する強心配糖体の作用2022

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      生体機能と創薬シンポジウム2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] がん細胞におけるNa+,K+-ATPaseとCl-チャネルの新規病態生理機能2022

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      第96回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 強心配糖体は細胞内Na+,K+-ATPaseを標的としてヒトがん細胞におけるGLUT1依存性のグルコース取り込みおよび解糖系を抑制する2022

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 田渕圭章, 清水康晴, 竹島浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      第96回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 細胞内の小胞体に発現する新規K+ポンプの生理機能解明2022

    • 著者名/発表者名
      三浦基, 藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      日本薬学会北陸支部第134回例会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] リソソームにおけるカチオンポンプの新規生理機能2022

    • 著者名/発表者名
      藤井拓人, 永森收志, Wiriyasermkul Pattama, 田渕圭章, 清水貴浩, 竹島浩, 酒井秀紀
    • 学会等名
      2022年度生理研研究会「細胞の局所コミュニティ研究会」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] Laboratory of Pharmaceutical Physiology

    • URL

      http://www.pha.u-toyama.ac.jp/phaphy1/index-j.html

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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