亜鉛トランスポーターと亜鉛シグナルを標的とする対がん創薬研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H04011
• 研究機関: 徳島文理大学
• 研究代表者: 深田 俊幸 徳島文理大学, 薬学部, 教授 (70373363)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 亜鉛 / がん / トランスポーター / シグナル伝達 / 亜鉛シグナル

研究実績の概要

平成30年度助成による研究結果を以下に記す。
1.がん細胞に発現する亜鉛トランスポーターの意義　ZIP7とZIP10のがん細胞における意義について、それぞれの遺伝子をヒト肺がん細胞株A549において遺伝子ノックダウンすることによって解析した。その結果、両者ともにA549細胞の増殖とスフェロイド形成に必要であることを見出した。
2.がん悪液質における亜鉛トランスポーターの役割　転移性がんを罹患した患者の多くは、骨格筋萎縮を伴うがん悪液質を発症する。申請者は、がん悪液質における骨格筋萎縮の発症において、ZIP14が重要に関与することを見出した。この知見は、ZIP14を介する亜鉛シグナルが骨格筋の形成と維持に対して抑制的に作用することを示しており、がん悪液質治療の創薬標的としてZIP14が有用であることを示唆するものである。
3.亜鉛トランスポーターの発現細胞をモニターできる遺伝子改変マウスの作製　申請者は、ZIP10が皮膚の毛包外根鞘に発現すること、上皮性組織特異的Zip10遺伝子欠損(cKO)マウスでは表皮の菲薄化と毛包の減少が生じ、皮膚バリア機能が損失すること、ZIP10がp63の転写能の活性化に重要な役割を果たしていることを示した(Bin et al, PNAS 2017)。一方、様々ながん細胞でZIP10の発現亢進が認められることから(Miyai et al, PNAS 2014)、ZIP10陽性細胞が個体恒常性に深く関わり、ZIP10の発現制御が正常な細胞機能に必要であることが示唆された。そこで申請者は、Zip10遺伝子プロモーターの下流にEGFP-IRES-ERT2Creを挿入したノックインマウス(Zip10-EGFP-KIマウス)を新たに作製した。当該マウスを用いた初歩的な解析では、既に報告したZIP10抗体を用いたFACSや免疫染色の結果と同様に(Miyai et al, PNAS 2014)、pro-B細胞や皮膚毛包外根鞘におけるGFP陽性細胞が確認された。すなわち、ZIP10陽性細胞の役割とZIP10の意義の解明に関する研究において、本マウスの有用性が示された。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究は、がん細胞に焦点を当てて亜鉛シグナルおよび亜鉛トランスポーターの役割解明と創薬を目的として研究を開始したが、今年度の研究においては、がん悪液質と骨格筋萎縮における亜鉛シグナルの意義に関する新たな知見を見出し、がん関連領域における当初の予想以上の成果を得ている。達成度の指標となる項目を以下に示す。
１：ZIP7とZIP10は、両者ともにがん細胞の増殖とスフェロイド形成に必要であることを見出した。
２：ZIP14が、がん悪液質における骨格筋萎縮の発症に関与することを見出した。
３：がん細胞に高い発現を示し、上皮性組織の形成に重要であるZIP10の発現をGFPでモニターできる遺伝子改変マウス（Zip10-EGFP-KIマウス）を作成した。

今後の研究の推進方策

平成30年度に得られた知見と進捗状況を踏まえて、今年度の研究方針を以下に示す。
１：ZIP7とZIP10が、肺がん細胞の増殖にどのような役割を担っているのか明らかにする。その役割が他のがん細胞においても同様に保存されているのか、複数のがん細胞種を用いて検討する。
２：ZIP7とZIP10の亜鉛輸送活性または発現を制御する化合物をスクリーニングして、候補化合物のがん細胞に対する効果を解析する。
３：ZIP14の亜鉛輸送活性または発現を制御する化合物をスクリーニングして、骨格筋分化過程に対する候補化合物の効果を解析する。
４：Zip10-EGFP-KIマウスを用いて、GFP陽性細胞の特徴と、Zip10遺伝子の発現機序を解析する。

研究成果

• [国際共同研究] University of Florida/Columbia University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Florida/Columbia University
• [国際共同研究] Amore pacific R&D Unit/Ajou University(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: Amore pacific R&D Unit/Ajou University
• [雑誌論文] Maintenance of intestinal epithelial homeostasis by zinc transporters (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohashi W., T. Hara, T. Takagishi., K. Hase, T. Fukada
  • 雑誌名: Digestive Diseases and Sciences 巻: 64 ページ: 2404~2415
  • DOI: 10.1007/s10620-019-05561-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contribution of zinc and zinc transporters in the pathogenesis of inflammatory bowel diseases (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohashi W., T. Fukada
  • 雑誌名: Journal of Immunology Research 巻: - ページ: 8396878
  • DOI: 10.1155/2019/8396878
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The epithelial zinc transporter ZIP10 epigenetically regulates human epidermal homeostasis by modulating histone acetyltransferase activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Bin BH, SH. Lee, J. Bhin, T. Irie, S. Kim, J. Seo, K. Mishima, TR. Lee, D. Hwang, T. Fukada, EG. Cho
  • 雑誌名: Br J Dermatol. 巻: 180 ページ: 869-880
  • DOI: 10.1111/bjd.17339
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of orthotopically functional salivary gland from embryonic stem cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka J, M. Ogawa, 3, H. Hojo, Y. Kawashima, Y. Mabuchi, K. Hata, S. Nakamura, R. Yasuhara, K. Takamatsu, Tarou Irie, T. Fukada, T. Sakai, T. Inoue, R. Nishimura, O. Ohara, I. Saito, S. Ohba, T. Tsuji, and K. Mishima
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 4216
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06469-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Metastatic cancers promote cachexia through ZIP14 upregulation in skeletal muscle (2018)
  • 著者名/発表者名: Wang G, A. Biswas, W. Ma, M. Kandpal, C. Coker, P. Grandgenett, M. Hollingsworth, R Jain, K Tanji, S Lopez-Pintado, A. Borczuk, D. Hebert, S. Jenkitkasemwong, S. Hojyo, R. Davuluri, M. Knutson, T. Fukada, S. Acharyya
  • 雑誌名: Nature Medicine 巻: 24 ページ: 770-781
  • DOI: 10.1038/s41591-018-0054-2
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Disruption of the mouse Slc39a14 gene encoding zinc transporter ZIP14 is associated with decreased bone mass, likely caused by enhanced bone resorption (2018)
  • 著者名/発表者名: Sasaki S., M. Tsukamoto, M. Saito, S. Hojyo, T. Fukada, M. Takami, T. Furuichi
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 8 ページ: 655-663
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12399
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Morphometric analysis of cornea in the Slc39a13/Zip13-knockout mice (2018)
  • 著者名/発表者名: HiroseT, I. Suzuki, N. Takahashi, T. Fukada, P. Tangkawattana, K. Takehana
  • 雑誌名: Journal of Veterinary Medical Science 巻: 80 ページ: 814-818
  • DOI: 10.1292/jvms.18-0019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] SLC39A14 deficiency alters manganese homeostasis and excretion resulting in brain manganese accumulation and motor deficits in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Jenkitkasemwong S, A. Akinyode, E. Paulus, R. Weiskirchen, S. Hojyo, T. Fukada, G. Giraldo, J. Schrier, A. Garcia, C. Janus, B. Giasson, M. Knutson
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 115 ページ: E1769-E1778
  • DOI: 10.1073/pnas.1720739115
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Role of the zinc homeostatic system in skin and skeletal muscle development (2019)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Fukada
  • 学会等名: FAOPS2019 Symposium “Zinc physiology and pathophysiology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] トランスポーターから究明する亜鉛恒常性システムの重要性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 第92回日本薬理学会年会シンポジウム「必須微量金属研究のパラダイムシフト」（座長および企画）
  • 招待講演
• [学会発表] 亜鉛はなぜ健康診断に必要なのか：基礎研究の観点から (2019)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 第１回日本亜鉛栄養治療研究会 関東・甲信越支部学術集会（教育講演）
  • 招待講演
• [学会発表] "Zinc Biology" : An emerging life science research field (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会ワークショップ（座長および企画）
  • 招待講演
• [学会発表] 亜鉛シグナル：亜鉛と皮膚：最新の研究から捉える温故知新 (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 第20 回日本褥瘡学会学術集会（教育講演）
  • 招待講演
• [学会発表] 亜鉛生命医科学：亜鉛の生理的意義と病気への関わりを究明する新しい学術領域 (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 第28回口腔内科学会・第31回日本口腔診断学会 合同学術大会（教育講演）
  • 招待講演
• [学会発表] なぜ亜鉛は健康維持に必要なのか (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 仙台市医療センター 仙台オープン病院登録医会「登録医会総会特別講演会」（教育講演）
  • 招待講演
• [学会発表] 亜鉛シグナル (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 高松臨床亜鉛治療講演会（教育講演）
  • 招待講演
• [学会発表] 健康における亜鉛の重要性：歴史と医薬学的な視点から (2018)
  • 著者名/発表者名: 深田俊幸
  • 学会等名: 平成30年度 第1回「エコタイプ次世代植物工場」研究会（教育講演）
  • 招待講演
• [図書] Zinc Signaling in Physiology and Pathogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Fukada*, Taiho Kambe* (*編集者)
  • 総ページ数: 282
  • 出版者: MDPI, Basel
  • ISBN: 978-3-03842-821-3
• [備考] 徳島文理大学薬学部 病態分子薬理学研究室ホームページ
  • URL: http://p.bunri-u.ac.jp/lab22/