骨髄微小環境下の白血病細胞の生存戦略「代謝制御」解明による新しい高齢者がん対策

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K07424
• 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): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 酸化的リン酸化 / 急性骨髄性白血病 / 骨髄微小環境 / エネルギー代謝

研究実績の概要

がんは高齢者に多発する疾患だが、白血病も例外ではなく、特に治療後の再発が多い。これは、低い臓器予備能の高齢者に強力な抗がん剤治療が適さず、多数の白血病細胞が骨髄「微小環境」に生き残って治療抵抗性を獲得するためである。この「がん微小環境」は、がんの旺盛な増殖力で低栄養と低酸素状態が作り出され、その中でがんは独特のエネルギー代謝や低酸素環境への適応力を獲得する。そこで、本研究では、骨髄微小環境内における白血病細胞の生存力の軸となる酸化的リン酸化の制御機構を解明し、そこに残存する白血病細胞を識別できる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、酸化的リン酸化阻害剤感受性白血病細胞と耐性白血病細胞の代謝制御機構の解明と識別マーカー分子の決定を試みた。急性骨髄性白血病（AML）患者由来細胞（IACS-10759感受、n=11、耐性 n=3）を対象として、IACS-10759感受性AML 細胞株OCI-AML3、耐性AML細胞株MOLM13とともにcap analysis of gene expression (CAGE)法を用いた転写ネットワーク解析を行い、KEGGおよびIPA解析によって責任因子候補を抽出した。その結果、IACS-10759 耐性細胞群において代謝や細胞増殖に関連する因子の発現が亢進しているという結果が得られた。これは、ＩＡＣＳ-０１０７５９に対する感受性にAML細胞が本来保持する基礎代謝能力が関与することを示唆するものであった。そこで、エネルギー代謝調節因子であるAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の役割をAMPKノックダウン細胞を用いて検討したところ、AMPKノックダウンAML細胞においてｍTORシグナルの亢進とともにＩＡＣＳ-０１０７５９に対する耐性傾向が強まることを確認した。以上、基礎代謝亢進を伴うAML細胞においてOxPhos阻害効果が抑制されることを明らかにし、IACS-01759の効果識別マーカー候補としてAMPKおよびｍTORを特定した。

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

本年度の研究では、IACS-10759感受性/耐性AML患者由来細胞間での遺伝子発現の違いを検討し、検出された因子が酸化的リン酸化阻害剤感受性マーカーとして有用性を発揮するか否かを検証した。CAGE-Seq解析によってIACS-010759感受性のAML患者由来細胞と耐性細胞間の遺伝子発現差が検出された。IACS-010759感受性細胞では耐性細胞と比較して4遺伝子の発現が高く124遺伝子の発現が低かった（FDR <0.05）。 IACS-010759に感受性を示すＯＣＩ-ＡＭＬ３細胞では耐性ＭＯＬＭ１３細胞と比較して１，６２３遺伝子の発現レベルが高値を示し、１，８２１遺伝子の発現が低かった（FDR <0.05）。Ingenuity Pathway Analysis（IPA）は、患者由来細胞とAML細胞株に共通してIACS-010759耐性に作用する因子としてｍTORキナーゼ、Ｅｒｂ-Ｂ２受容体チロシンキナーゼ２（ＥＲＢＢ２）、エリスロポエチン（EPO）、ＩＬ３の4つを抽出した。これは、基礎代謝エネルギー能力がＩＡＣＳ-０１０７５９に対するＡＭＬ細胞の感受性に影響を及ぼすことを示唆するものと考えられた。そこで、我々は、最も直接的にエネルギーの調節に関わるmTORに注目し、ｍTOR阻害を通じてエネルギー代謝を司るエネルギー代謝調節因子であるAMP活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の役割についてAMPKノックダウン（shAMPK）OCI-AML3細胞を用いて検討した。その結果、AMPKノックダウンAML細胞においてｍTORシグナルの亢進とともにＩＡＣＳ-０１０７５９に対する耐性傾向が強まることを確認した。

今後の研究の推進方策

今後の研究では、AML患者検体数をさらに増やしてCAGE解析を進めていく。また、Extracellular Flux Analyserによる代謝動態解析を行い、今年度の研究で得られた基礎的代謝亢進とOxPhos阻害剤耐性との関連性の検証を実施する。
さらに、IACS-010759 によってミトコンドリア呼吸能を抑制されたAML細胞が代償性に獲得するエネルギー代謝機構について検討を進める。特に骨髄微小環境の中で生じる骨髄間質細胞との相互作用によってAML細胞が獲得する薬剤耐性機構との関わりに注目して研究を推進していく。

次年度使用額が生じた理由

検討項目の実施順位を変更し、cap analysis of gene expression (CAGE)解析による遺伝子転写プロファイルの変化の検出とそのvalidation studyを本年度に実施し、Extracellular Flux Analyserによる代謝動態解析を次年度以降に実施することとしたことによって次年度使用額が生じた。
次年度以降、臨床検体数を増やしてCAGE解析を実施し、Extracellular Flux Analyserによる代謝動態解析を実施する。これによって今回生じた次年度使用額は、適正に使用される。

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 FAO in AML co-cultured with BM adipocytes: mechanisms of survival and chemosensitization to cytarabine. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tabe Y, Saitoh K, Yang H, Sekihara K, Yamatani K, Ruvolo V, Taka H, Kaga N, Kikkawa M, Arai H, Miida T, Andreeff M, Spagnuolo PA, Konopleva M.
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 8 ページ: 16837
  • DOI: 10.1038/s41598-018-35198-6.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Mitochondrial transfer confers microenvironment-mediated resistance to OxPhos inhibition in AML. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yang H, Tabe Y, Saitoh K, Jacamo R, Ma H, Ruvolo V, Imoto J, Ikeo K, Mogushi K, Hosoya M, Yamaguchi S, Yamatani K, Murakami-Tonami Y, Suzuki K, Miida T, Andreeff M, Marszalek JR, Konopleva M.
  • 学会等名: 60th American Society of Hematology Annual Meeting and Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] Novel Oxidative phosphorylation inhibitor IACS-010759 inhibits p38MAPK-NFkB signaling pathways. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tabe Y, Yang H, Sekihara K, Saitoh K, Ma H, Ruvolo V, Imoto J, Ikeo K, Mogushi K, Hosoya M, Hayashizaki Y, Yamanaka Y, Miida T, Andreeff M, Marszalek JR, Konopleva M.
  • 学会等名: GAP 2018 Conference
  • 国際学会