高齢者白血病細胞の脂肪酸代謝制御マーカーの探索と代謝・転写メカニズムの解明

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K08653
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 田部 陽子 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 特任教授 (70306968)
• 研究分担者: 三井田 孝 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (80260545)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 脂肪酸代謝 / 急性骨髄性白血病 / 骨髄脂肪細胞 / アポトーシス

研究実績の概要

白血病の中でも特に難治性の急性骨髄単球性白血病(AMoL)には、若年層と高齢者で腫瘍細胞の分化度が異なるという特徴があり、高齢者骨髄（黄色髄 / 脂肪髄）の中で腫瘍細胞が生き残りやすい。これには腫瘍細胞の脂肪酸代謝が関与すると考えられる。
そこで本研究では、AMoL細胞中の脂肪酸代謝関連因子が、遺伝子転写や生存シグナル活性化に果たす役割を解明し、高齢者の骨髄中で生き残るAMoL細胞を標的としたがん代謝制御マーカーを同定することを目的とした。
当該年度の研究では、骨髄脂肪細胞との共培養下でのAMoL細胞を用いてCETOF-MSメタボローム解析およびiTRAQ LC-MS/MSを用いたリン酸化タンパクの網羅的検出を行い、脂肪酸代謝制御標的マーカー候補を抽出した。その結果、骨髄脂肪細胞が代謝エネルギーバランスを調節することによりAMoL細胞の生存を支持するが、脂肪酸代謝阻害剤がこのAMoL細胞の代謝恒常性を破壊することがわかった。また、骨髄脂肪細胞との共培養下にあるAMoL細胞においてHSP70の発現上昇とAMPKおよびp38 MAPKの活性化が抽出され、これらの変化は脂肪酸代謝阻害剤によって阻止された。 AMPKは、重要な細胞エネルギーセンサーおよび代謝調節因子であることから、本研究で求める分子マーカーとなる可能性があることがわかった。
すなわち、骨髄脂肪細胞が、AMoL細胞における脂肪酸代謝を促進し、HSPシャペロンを含む細胞シグナルネットワークを活性化することともに、この代謝バランスが、エネルギーセンサーであるAMPKによって調節されることが示唆された。

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

本年度の研究には、AMoL細胞株と正常ヒト骨髄間質細胞 (MSC）から分化誘導した骨髄脂肪細胞を用いた。AMoL細胞に対して脂肪酸代謝阻害剤（Etomoxir）を添加し、脂肪酸代謝抑制によって骨髄脂肪細胞との共培養下でAMoL細胞のエネルギー代謝がどのように変化するかを調べた。
CETOF-MSメタボローム解析によって骨髄脂肪細胞と共培養したAMoL細胞における代謝変化を調べた結果、骨髄脂肪細胞と共培養後にAMoL細胞中のグルコース6-リン酸、フルクトース6-リン酸およびピルビン酸の上昇を認めたが、ATP産生は増加しなかった。 脂肪酸代謝は酸化的リン酸化によるATP合成効率を低下させることから、これらの結果は骨髄脂肪細胞がAMoL細胞におけるATP生成を増加させることなく脂肪酸代謝を促進したことを示唆する。さらにEtomoxirによる脂肪酸代謝阻害は乳酸を増加させた。乳酸の蓄積は、アシドーシスを引き起こし、細胞外マトリックスを分解するプロテアーゼの活性を高め、エネルギー生成に用いられるアミノ酸を遊離させる。 Etomoxir添加後、クレブス回路内のクエン酸塩、コハク酸塩、フマル酸塩、リンゴ酸塩は著減したが、これらの減少はグルタミンを含むほとんどのアミノ酸の増加を伴った。 また、EtomoxirによってAMPの有意な増加およびATPの減少を認めた。
iTRAQプロテオーム解析では、骨髄脂肪細胞と共培養したAMoL細胞においてHSP70の発現上昇とAMPKおよびp38 MAPKの活性化が抽出され、これらの変化はEtomoxirによって解消された。 AMPKは、重要な細胞エネルギーセンサーおよび代謝調節因子であることから、本研究で求める分子マーカーとなる可能性があることがわかった。
以上のように、本年度は、予定通りの達成度が得られた。

今後の研究の推進方策

今後の研究では、これまでの研究で抽出された標的マーカー候補（AMPK, ATF4）についてsiRNAを用いたノックダウン試験により機能解析を行い、高齢者の骨髄中に存在する白血病細胞のがん代謝制御マーカーを同定する（ノックダウン細胞を脂肪細胞との共培養およびFAO阻害剤阻害剤添加実験に付し、それぞれの作用の消失の有無を検証する）。
また、新規に開発された脂肪酸代謝阻害剤を用いた検討に着手し、新規脂肪酸代謝阻害剤を用いたがん細胞特有の代謝を標的とした治療戦略を提案する。

次年度使用額が生じた理由

2017年度研究の中で、当初予定した脂肪酸β酸化（FAO）阻害剤Etomoxirに加えて、新規に開発されたFAO阻害剤Avocatin Bを用いた研究を追加し、臨床的な有用性に優れた研究内容に発展させた。このため、研究期間の繰り延べが必要となった。また、現在、Haematologica誌に本研究に関する論文を投稿中であり、追加実験等にさらに時間を要するため、補助期間の延長が必要となった。

研究成果

• [国際共同研究] MD Anderson Cancer Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: MD Anderson Cancer Center
• [雑誌論文] Inhibition of mTORC1/C2 signaling improves anti-leukemia efficacy of JAK/STAT blockade in <i>CRLF2</i> rearranged and/or <i>JAK</i> driven Philadelphia chromosome&#x2013;like acute B-cell lymphoblastic leukemia (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang Qi、Cai Tianyu、Cavazos Antonio、Tabe Yoko、et al.
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 9 ページ: 8027-8041
  • DOI: 10.18632/oncotarget.24261
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Targeting mantle cell lymphoma metabolism and survival through simultaneous blockade of mTOR and nuclear transporter exportin-1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Sekihara Kazumasa、Saitoh Kaori、Han Lina、Ciurea Stefan、Yamamoto Shinichi、Kikkawa Mika、Kazuno Saiko、Taka Hikari、Kaga Naoko、Arai Hajime、Miida Takashi、Andreeff Michael、Konopleva Marina、Tabe Yoko
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 8 ページ: 34552-34564
  • DOI: 10.18632/oncotarget.16602
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Bone Marrow Adipocytes Facilitate Fatty Acid Oxidation Activating AMPK and a Transcriptional Network Supporting Survival of Acute Monocytic Leukemia Cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Tabe Yoko、Yamamoto Shinichi、Saitoh Kaori、Sekihara Kazumasa、et al.
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 77 ページ: 1453～1464
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-16-1645
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Inhibition of FAO in AML co-cultured with BM adipocytes: mechanisms of survival and chemosensitization to cytarabine. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoko Tabe, Kazumasa Sekihara, Haeun Yang, Kaori Saito, Vivian Ruvolo, Hikari Taka, Naoko Kaga, Takashi Miida, Michael Andreeff, Paul A Spagnuolo, Marina Konopleva.
  • 学会等名: 59th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] XPO1 Inhibition Targets Transcriptional Vulnerability of FLT3-ITD+D835 Double Mutant AML through p53 Accumulation and Inhibition of Oncogenic Transcription Factors: Lesson Learned from Cage Sequencing of Primary AML Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kotoko Yamatani, Yoko Tabe, Kazumasa Sekihara, Haeun Yang, Kaori Saito, Weiguo Zhang, Kazuho Ikeo , Sonoko Kinjo, Kaoru Mogushi, Masaki Hosoya1, Yoshihide Hayashizaki, Yasunari Yamanaka, Hironori Harada, Takashi Miida, Marina Konopleva, and Michael Andreeff
  • 学会等名: 59th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] Novel Oxidative Phosphorylation Inhibitor Iacs-010759 Induces AMPK-Dependent Apoptosis of AML Cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Haeun Yang, Yoko Tabe, Kazumasa Sekihara, Kaori Saito, Helen Ma, Vivian Ruvolo, Junichi Imoto, Kazuho Ikeo, Kaoru Mogushi, Masaki Hosoya1, Yoshihide Hayashizaki, Yasunari Yamanaka, Takashi Miida, Michael Andreeff, Joseph R Marszalek, and Marina Konopleva
  • 学会等名: 59th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] BCL-2 Antagonist ABT-199 Combined with Complex I Inhibitor Iacs-010759 Blocks Mitochondrial Respiration and Facilitates Anti-Leukemia Efficacy in Pre-Clinical AML Models. (2017)
  • 著者名/発表者名: Qi Zhang, Lina Han, Tianyu Cai, Vinitha Mary Kuruvilla, Antonio Cavazos, Helen Ma, Venkata Lokesh Battula, Natalia Baran, Karine Harutyunyan, Michael Andreeff, Yoko Tabe, Joseph R Marszalek, Marina Konopleva
  • 学会等名: 9th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] Bone marrow adipocytes facilitate fatty acid oxidation activating AMPK and a transcriptional network supporting survival of acute monocytic leukemia cells. (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoko Tabe
  • 学会等名: Annual GAP Conference
  • 国際学会