放射線治療抵抗性に関わる腫瘍内微小環境のイメージングと時空間的解析

2008 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19790868
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 原田 浩 京都大学, 医学研究科, 講師 (80362531)
• キーワード: 放射線 / 生体イメージング / 腫瘍(がん) / 低酸素 / 微小環境

研究概要

低酸素環境に曝された細胞はHIF-1という転写因子を活性化し、環境への適応を図る。HIF-1の活性化はがんの転移、浸潤、血管新生、化学放射線治療抵抗性を誘導することが報告され、腫瘍増殖過程や治療期間中にHIF-1活性が如何に変動するのかが重要な研究課題となっている。本研究では、固形腫瘍内のHIF-1活性をリアルタイムに可視化するシステムを確立し、腫瘍増殖過程、および放射線治療後のHIF-1陽性細胞の挙動をイメージングし、その挙動を時空間的に解明することを目指した。得られた研究成果は以下の通りである。1) 以前より我々が開発を進めてきた「HIF-1依存的にルシフェラーゼを発現する5HREp-lucレポーター遺伝子」に改良を加え、低酸素応答性を約47000倍にまで高め、よりリアルタイムにHIF-1活性の変動を感知するレポーター遺伝子5HREp-ODD-lucを構築することに成功した。2) 当該レポーター遺伝子を安定に導入した移植腫瘍に対して放射線(γ線)を照射し、その後のHIF-1活性を光イメージングした。その結果、放射線照射6時間後に腫瘍内HIF-1活性がVHL依存的に一過的に減少し、逆に照射24時間後にはPI3K/Akt系依存的に亢進することが明らかになった。これは、放射線の分割照射プロトコールを確立する上で重要な知見である。3) 有酸素環境下で緑色蛍光を発し、低酸素環境下で赤色蛍光を発する遺伝子組み換え癌細胞を樹立した。当該細胞を免疫不全マウスに移植して腫瘍増殖過程におけるHIF-1陽性領域のダイナミクスをミクロレベルでイメージングすることに成功した。HIF-1陽性細胞は日ごとにその局在を変え、常に血管から数10〜100ミクロメートル程度離れた位置に存在していた。当該ミクロイメージングにより、血管からHIF-1陽性領域までの距離が当該血管の径に逆相関する事が明らかになり、血管造影像を基にHIF-1陽性領域の局在をシュミレーションするための予備データを取得することに成功した。以上の結果をもって、「腫瘍増殖過程、および放射線照射後のHIF-1活性のダイナミクスを解明する」という当初の計画を完遂することができた。

研究成果

• [雑誌論文] HIF imaging is useful to determine the timing of combining Bevacizumab with radiation (2009)
  • 著者名/発表者名: Ou G, Itasaka S, Zeng L, Shibuya K, Yi J, Harada H, Hiraoka M.
  • 雑誌名: Int J Radiat Oncol Biol Phys (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Akt/mTOR pathway assures the synthesis of HIF-lalpha protein in a glucose-and reoxygenation-dependent manner in irradiated tumors (2009)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Itasaka S, Kizaka-Kondoh S, Shibuya K, Morinibu A, Shinomiya K, Hiraoka M
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 284 ページ: 5332-5342
  • 査読あり
• [雑誌論文] Treatment regimen determines whether a HIF-1 inhibitor enhances or inhibits the effect of radiation therapy (2009)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Itasaka S, Zhu Y, Zeng L, Xie X, Morinibu A, Shinomiya K, Hiraoka M
  • 雑誌名: Br J Cancer 100 ページ: 747-757
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ring-Opening Metathesis Polymerization-Based Synthesis of ICG-Containing Amphiphilic Triblock Copolymers for in Vivo Tumor Imaging (2009)
  • 著者名/発表者名: Miki K, Kuramochi Y, Oride K, Inoue S, Harada H, Hiraoka M, Ohe K
  • 雑誌名: Bioconjugate Chem 20 ページ: 511-517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Radiolytic activation of cytarabine prodrug possessing 2-oxoalkyl group : one-electron reduction and cytotoxicity characteristics (2009)
  • 著者名/発表者名: Hirata N, Fujisawa Y, Tanabe K, Harada H, Hiraoka M, Nishimoto S
  • 雑誌名: Org Biomol Chem 7 ページ: 651-654
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hypoxia-inducible Factor-1(HIF-1)による放射線治療後の腫瘍増殖亢進機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 原田浩、平岡真寛
  • 雑誌名: 放射線生物研究 44 ページ: 60-69
• [雑誌論文] Diameter of tumor blood vessels is a good parameter to estimate HIF-1-active regions in solid tumors (2008)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Xie X, Itasaka S, Zeng L, Zhu X, Morinibu A, Shinomiya K, Hiraoka M
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 373 ページ: 533-538
  • 査読あり
• [雑誌論文] TS-1 enhances the effect of radiotherapy by suppressing radiation-induced hypoxia-inducible factor-1 activation and inducing endothelial cell apoptosis (2008)
  • 著者名/発表者名: Zeng L, Ou G, Itasaka S, Harada H, Xie X, Shibuya K, Kondoh S, Morinibu A, Shinomiya K, Hiraoka M
  • 雑誌名: Cancer Sci 99 ページ: 2327-2335
  • 査読あり
• [雑誌論文] 腫瘍内HIF-1活性の光イメージング-その方法と重要性- (2008)
  • 著者名/発表者名: 原田浩、平岡真寛
  • 雑誌名: 癌の臨床 54 ページ: 97-103
• [雑誌論文] 新しい治療法評価への分子イメージングの応用・放射線治療の分子イメージング (2008)
  • 著者名/発表者名: 板坂聡、原田浩、近藤科江、平岡真寛
  • 雑誌名: 遺伝子医学MOOK 9 ページ: 279-283
• [雑誌論文] 分子イメージングによる放射線治療の新展開 (2008)
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、平岡真寛
  • 雑誌名: JSMI Report 1 ページ: 5-8
• [学会発表] HIF-1標的薬の二面性〜放射線治療効果の"増感"と"減弱"〜 (2009)
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、朱宇熹、曽麗華、謝学軍、森鳩章代、篠宮和美、平岡真寛
  • 学会等名: 第11回国際がん治療増感研究会・シンポジウム
  • 発表場所: 地方職員共済組合猿沢荘
  • 年月日: 2009-02-14
• [学会発表] The PI3K/Akt/mTOR pathway assures the synthesis of HIF-lalpha protein in a glucose-and reoxygenation-dependent manner in irradiated tumors (2008)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Itasaka S, Kondoh S, Shibuya K, Morinibu A, Shinomiya K, Hiraoka M
  • 学会等名: 第6回がんとハイポキシア研究会
  • 発表場所: 広島市南区民文化センター
  • 年月日: 2008-11-30
• [学会発表] HIF-1によるがんの放射線耐性メカニズムの解明 (2008)
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、近藤科江、澁谷景子、平岡眞寛
  • 学会等名: 第51回日本放射線影響学会総会
  • 発表場所: 北九州国際会議場
  • 年月日: 2008-11-20
• [学会発表] PHD/VHL Pathway and PI3K/Akt/mTOR Pathway Function in the Biphasic Profile of Intratumoral HIF-1 Activity after Ionizing Radiation (2008)
  • 著者名/発表者名: H Harada, S Itasaka, S Kondoh, K Shibuya, M Hiraoka
  • 学会等名: 第67回日本癌学会総会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2008-10-28
• [学会発表] The PI3K/Akt/mTOR pathway assures the synthesis of HIF-lalpha protein in a glucose and reoxygenation-dependent manner in irradiated tumors (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi HARADA, Satoshi ITASAKA, Shinae Kizaka-Kondoh, Masahiro HIRAOKA
  • 学会等名: 54th Annual Meeting of Radiation Research Society
  • 発表場所: Bostonマサチューセッツコンベンションセンター
  • 年月日: 2008-09-23
• [学会発表] HIF-1によるがんの放射線耐性メカニズムの解明 (2008)
  • 著者名/発表者名: 原田浩、平岡真寛
  • 学会等名: 若手放射線生物研究会・原子炉専門研究会
  • 発表場所: 京都大学原子炉実験所
  • 年月日: 2008-09-10
• [学会発表] PHD/VHLおよびPI3K/Akt/mTOR系に依存した放射線応答機構 (2008)
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、近藤科江、澁谷景子、森鳩章代、篠宮和美、平岡真寛
  • 学会等名: 第47回日本医学放射線学会生物部会学術大会
  • 発表場所: ホテル日航高知旭ロイヤル(高知市)
  • 年月日: 2008-06-21
• [学会発表] VHL-and PI3K/Akt/mTOR-dependent pathways function in biphasic profile of intratumoral HIF-1 activity after ionizing radiation (2008)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Harada, Satoshi Itasaka, Shinae Kizaka-Kondoh, Keiko Shibuya, Masahiro Hiraoka
  • 学会等名: 第14回国際がん治療増感研究会
  • 発表場所: 日本放射線技師会教育センター(鈴鹿市)
  • 年月日: 2008-06-07