乳がん悪性化をもたらす亜鉛トランスポーターの分子機能解明と亜鉛シグナルの解析

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06676
• 研究機関: 武庫川女子大学
• 研究代表者: 中瀬 朋夏 (高谷朋夏) 武庫川女子大学, 薬学部, 教授 (40434807)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 乳がん幹細胞 / 亜鉛 / 亜鉛トランスポーター / PRDM14

研究実績の概要

これまで、乳がん幹細胞様細胞(BCSC)の生存と維持には、亜鉛イオン依存的なPR domain zinc finger protein 14 (PRDM14)の活性制御が必要であることを明らかにしてきた。これは、BCSCを標的とした治療法の確立には、乳がんにおける亜鉛イオンの動態制御が鍵を握ることを示唆する。本年度は、BCSCの維持制御機構における亜鉛トランスポーターの役割を解析し、亜鉛シグナルの発信と乳がん悪性化のメカニズムを基にした新たな治療戦略への展開を目指した。
ヒト乳がん細胞MCF-7を非接着条件下無血清培地でスフェア培養した。その結果、BCSCの特徴的な性質を有した球状集塊(スフェア)を形成し、亜鉛トランスポーターZIP6の遺伝子発現量は、通常培養と比較して、スフェア培養由来細胞で著しく低いことを明らかにした。スフェア形成に対するZIP6の発現低下が果たす役割を明らかにするため、ZIP6安定ノックダウン細胞を用いて、BCSCの特徴を検討した。その結果、ZIP6ノックダウン細胞はZIP6の発現量の減少とともにZIP7の発現比率が上がることで、小胞体から細胞質方向への亜鉛イオンの供給を活性化し、PRDM14依存的にBCSCの形質を示すことが示唆された。
さらに、スフェア培養由来のMCF-7を乳腺に同所移植し、ZIP7阻害剤であるNVS-ZP7-4の投与がBCSCの腫瘍形成能力と転移に与える影響を検討した。その結果、スフェア培養由来MCF-7が持つ高い腫瘍形成能力はNVS-ZP7-4投与により顕著に抑制され、腫瘍周辺の血管や転移も抑制される傾向にあった。
以上より、ZIP6-ZIP7-PRDM14を介した亜鉛シグナル基軸の阻害は、BCSCの機能を抑制できることを明らかにした。

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

本年度は、乳がん幹細胞の維持に、亜鉛トランスポーターの役割をin vitro、in vivoにおいて、検討した。本研究成果から、乳がん幹細胞の亜鉛シグナルに基づいた新たな治療法開発につながる糸口を見出した。しかし、亜鉛シグナルとがんの生育に重要な他の必須微量元素、とりわけ鉄の代謝との関連、がん低酸素環境の影響について、重要な知見を得つつあり、新たな乳がん分子標的治療法開発への展開には、継続的に追加実験が必要である。

今後の研究の推進方策

乳がんは、生体内で単独で存在しているのではなく、がんの周辺はもちろんのこと、がん組織から離れた正常組織とも互いにコミュニケーションすることで、がん自身にとって有利な戦略を仕掛けている。この乳がん細胞が支配している生体内での悪性化機構と亜鉛シグナルによる乳がん幹細胞の制御機構との連関機序解明のため、細胞モデルおよびin vivo担がんモデルを作製し、がん微小環境との相互作用、血管新生、周辺組織と亜鉛シグナルの発信意義について解析する。細胞モデルとしては、Tet誘導shRNAシステムを用いてZIP6を可逆的かつ特異的に発現制御できる細胞を構築し、遊離亜鉛イオン応答性タンパク質ラベル化試薬を用いて亜鉛の細胞内動態とターゲット分子および金属を可視化し、亜鉛イオン輸送経路を解析できる時空間的マップを作成する。

次年度使用額が生じた理由

2020年度、乳がん幹細胞モデルを用いて、乳がん幹細胞の維持機構を説明できる亜鉛シグナルを解析し、その結果を基に、学会発表する予定であった。しかし、細胞モデルの作製の不具合ならびに動物実験の一部分について、がん形成の状況から、データの取得が不可能な事態が生じ、計画の変更と追加実験が必要となった。さらに、新型コロナウイルス感染拡大防止のため、計画していた学会発表を行うことができなかった。追加実験とその研究成果の発表に関しては、次年度に実施し、未使用額はその経費に充てる。

研究成果

• [雑誌論文] Potentiating the membrane interaction of an attenuated cationic amphiphilic lytic peptide for intracellular protein delivery by anchoring with pyrene moiety (2021)
  • 著者名/発表者名: Kentarou Sakamoto, Junya Michibata, Yusuke Hirai, Akiko Ide, Asuka Ikitoh, Tomoka Takatani-Nakase and Shiroh Futaki
  • 雑誌名: Bioconjugate Chemistry 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1021/acs.bioconjchem.1c00101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Environmental pH stress influences cellular secretion and uptake of extracellular vesicles (2021)
  • 著者名/発表者名: Ikuhiko Nakase, Natsumi Ueno, Mie Matsuzawa, Kosuke Noguchi, Mami Hirano, Mika Omura, Tomoya Takenaka, Ayaka Sugiyama, Nahoko Bailey Kobayashi, Takuya Hashimoto, Tomoka Takatani-Nakase, Eiji Yuba, Ikuo Fujii, Shiroh Futaki, and Tetsuhiko Yoshida
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 11 ページ: 753-767
  • DOI: 10.1002/2211-5463.13107
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Antibody-based receptor targeting using an Fc-binding peptide-dodecaborate conjugate and macropinocytosis induction for boron neutron capture therapy (BNCT) (2020)
  • 著者名/発表者名: Ikuhiko Nakase, Ayako Aoki, Yuriko Sakai, Shiori Hirase, Miki Ishimura, Tomoka Takatani-Nakase, Yoshihide Hattori and Mitsunori Kirihata
  • 雑誌名: ACS Omega 巻: 5 ページ: 22731-22738
  • DOI: 10.1021/acsomega.0c01377
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Technical Review 亜鉛トランスポーターと乳がんの悪性化進展 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中瀬朋夏
  • 雑誌名: 亜鉛栄養治療 巻: 11 ページ: 176-183
  • 査読あり
• [雑誌論文] 乳がん細胞の悪性化進展を制御する亜鉛トランスポーターZIP6 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中瀬朋夏、松井千紘
  • 雑誌名: Precision Medicine 巻: 3 ページ: 1268-1270
  • 査読あり
• [学会発表] ホウ素中性子捕捉療法を指向した機能性ペプチド修飾型ホウ素薬剤の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平瀬詩織、青木絢子、堺有里子、石村美紀、野口公輔、森本健太、中瀬朋夏、服部能英、切畑光統、中瀬生彦
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] サポリン毒素の細胞膜透過機序の解明と薬物導入への応用 (2021)
  • 著者名/発表者名: 小吹桃子、片山未来、野口公輔、Stefania Zuppone、山名真由、中瀬朋夏、上田真史、Riccardo Vago、二木史朗、Arwyn T. Jones、中瀬生彦
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] 低酸素環境適応性乳がん細胞の生存能力に対する亜鉛と亜鉛トランスポーターの役割 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松井千紘、生嶌千菜美、稲垣寧音、緒方魅優、後藤栞利、大塚晴香、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] 難治性乳がんの酸化ストレス防御機構を標的としたドラッグリポジショニングによる治療戦略の開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 生嶌千菜美、稲垣寧音、緒方魅優、後藤栞利、松井千紘、湯谷玲子、大塚晴香、鳥井栄貴、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] 亜鉛と亜鉛トランスポーターによる乳がん幹細胞様細胞の維持機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鳥井栄貴、生嶌千菜美、大塚晴香、松井千紘、稲垣寧音、緒方魅優、後藤栞利、湯谷玲子、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 第21回日本亜鉛栄養治療研究会（第21回日本亜鉛栄養治療研究会奨励賞受賞）
• [学会発表] タンパク質毒素サポリンの細胞内移行機序の解明と薬物導入への応用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小吹桃子、片山未来、野口公輔、Stefania Zuppone、山名真由、中瀬朋夏、上田真史、Riccardo Vago、二木史朗、Arwyn T. Jones、中瀬生彦
  • 学会等名: 日本膜学会 膜シンポジウム2020
• [学会発表] ホウ素中性子捕捉療法を指向した細胞内導入技術の開発と機能性ペプチドの利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平瀬詩織、青木絢子、堺有里子、石村美紀、野口公輔、中瀬朋夏、服部能英、切畑光統、中瀬生彦
  • 学会等名: 日本膜学会 膜シンポジウム2020（日本膜学会膜シンポジウム2020学生賞受賞）
• [学会発表] ドラッグリポジショニングによるシスチントランスポーターを標的とした難治性乳がん治療戦略の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 生嶌千菜美、松井千紘、大塚晴香、鳥井栄貴、湯谷玲子、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 第15回トランスポーター研究会
• [学会発表] 乳がん幹細胞様細胞の維持に必要な亜鉛と亜鉛トランスポータ (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥井栄貴、生嶌千菜美、大塚晴香、湯谷玲子、松井千紘、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 第15回トランスポーター研究会
• [学会発表] 亜鉛と亜鉛トランスポーターによる乳がん幹細胞様細胞維持機構の制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥井栄貴、生嶌千菜美、松井千紘、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 第36回日本DDS学会学術集会
• [学会発表] ドラッグリポジショニングによる酸化ストレス分子機構を標的とした難治性乳がん治療の新戦略 (2020)
  • 著者名/発表者名: 生嶌千菜美、鳥井栄貴、松井千紘、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 第36回日本DDS学会学術集会
• [学会発表] Cell-penetrating sC18 peptide modified extracellular vesicles for intracellular delivery (2020)
  • 著者名/発表者名: Kosuke Noguchi, Haruka Sumi, Tomoka Takatani-Nakase, Ines Neundorf, Ikuhiko Nakase
  • 学会等名: ISEV2020 Virtual Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] 細胞膜透過性sC18ペプチド修飾型エクソソームを基盤とした薬物送達技術の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 野口公輔、角春佳、中瀬朋夏、Ines Neundorf、中瀬生彦
  • 学会等名: 日本膜学会第42年会
• [学会発表] 乳がん幹細胞様細胞の維持機構を制御する亜鉛と亜鉛トランスポーター (2020)
  • 著者名/発表者名: 鳥井栄貴、生嶌千菜美、酒井佑佳、松井千紘、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 日本薬剤学会年会第35年会
• [学会発表] ドラッグリポジショニングによる酸化ストレス分子機構を標的とした難治性乳がん治療戦略の開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 生嶌千菜美、鳥井栄貴、酒井佑佳、松井千紘、中瀬生彦、中瀬朋夏
  • 学会等名: 日本薬剤学会年会第35年会（日本薬剤学会永井財団大学院学生スカラシップ受賞）
• [備考] 薬剤学講座の鳥井栄貴助手が、第21回日本亜鉛栄養治療研究会学術集会奨励賞を受賞しました。
  • URL: https://www.mukogawa-u.info/topics/post-1146/
• [備考] 薬学研究科修士課程の生嶌千菜美さんが、日本薬剤学会永井財団大学院学生スカラシップを受賞しました。
  • URL: https://www.mukogawa-u.info/topics/post-988/