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 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19790868
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 放射線科学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 原田 浩 京都大学, 大学院医学研究科, 講師 (80362531)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• キーワード: 放射線治療学

研究概要

【背景】腫瘍細胞の無秩序な増殖と代謝によって、固形腫瘍内部には血管から十分な酸素が供給されない"低酸素領域"という微小環境が生じる。低酸素環境に曝されたがん細胞は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、放射線治療抵抗性を誘導することが報告されていることから、「腫瘍増殖過程や放射線治療期間中にHIF-1活性が如何に変動するのか?」、「HIF-1陽性細胞が如何に挙動するのか?」が重要な研究課題となっている。
【目的】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、時空間的に解析することを目指した。そして、次世代の高精度放射線照射技術(強度変調放射線治療:IMRT)で線量を集中すべき治療標的の挙動を捉えることを目指した。
【結果】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] 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] The Akt/mTOR pathway assures the synthesis of HIF-1alpha 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] 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] 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] 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, (HH and XX contributed equally to this work.)
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 373 ページ: 533-538
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluorescence Imaging of Hypoxia: One-Electron Reduction and Fluorescence Emission Characteristics of Indolequinone-Coumarin Conjugate. (2008)
  • 著者名/発表者名: Tanabe K, Hirata N, Harada H, Hiraoka M, and Nishimoto S.
  • 雑誌名: ChemBioChem. 9 ページ: 426-432
  • 査読あり
• [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
• [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] 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] Significance of HIF-1-active cells in Figure 7(有酸素、低酸素、血管)angiogenesis and radioresistance. (2007)
  • 著者名/発表者名: Harada H, Kizaka-Kondoh S, Li G, Itasaka S, Shibuya K, Inoue M and Hiraoka M.
  • 雑誌名: Oncogene. 26 ページ: 7508-7516
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adenovirus-mediated hypoxia-targeting cytosine deaminase gene therapy enhances radiotherapy in tumor xenografts. (2007)
  • 著者名/発表者名: Liu J, *Harada H, Ogura M, Shibata T and Hiraoka M.
  • 雑誌名: Br J Cancer 96 ページ: 1871-1878
  • 査読あり
• [雑誌論文] The combination of hypoxia-response enhancers and an oxygen-dependent proteolytic motif enables real-time imaging of absolute HIF-1 activity in tumor xenografts. (2007)
  • 著者名/発表者名: *Harada H, Kizaka-Kondoh S, Itasaka S, Shibuya K, Morinibu A, Shinomiya K, Hiraoka M.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 360 ページ: 791-796
  • 査読あり
• [雑誌論文] HIF imaging is useful to determine the timing of combining Bevacizumab with radiation.
  • 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
• [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"〜
  • 著者名/発表者名: 原田 浩、板坂 聡、朱 宇熹、曽 麗華、謝 学軍、森鳰 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
• [学会発表] The PI3K/Akt/mTOR pathway assures the synthesis of HIF-1alpha protein in a glucose- and reoxygenation-dependent manner in irradiated tumors
  • 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
• [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
  • 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
• [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
  • 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
• [学会発表] The PI3K/Akt/mTOR pathway assures the synthesis of HIF-1alpha protein in a glucose- and reoxygenation-dependent manner in irradiated tumors
  • 著者名/発表者名: H Harada、S Itasaka、S Kondoh、K Shibuya、M Hiraoka
  • 学会等名: 54th Annual Meeting of Radiation Research Society
• [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
  • 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
• [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
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、近藤科江、澁谷景子、森鳰章代、篠宮和美、平岡眞寛
  • 学会等名: 第47回日本医学放射線学会生物部会学術大会
• [学会発表] VHL-and PI3K/Akt/mTOR-dependent pathways function in biphasic profile of intratumoral HIF-1 activity after ionizing radiation
  • 著者名/発表者名: H Harada、S Itasaka、S Kondoh、K Shibuya、M Hiraoka
  • 学会等名: 第14回国際がん治療増感研究会
• [学会発表] HIF-1陽性低酸素細胞とピモニダゾール陽性低酸素細胞の放射線治療抵抗性
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、近藤科江、澁谷景子、平岡真寛
  • 学会等名: 第13回放射線治療増感研究会総会
• [学会発表] Real-time Imaging of Tumor Hypoxia
  • 著者名/発表者名: Harada H
  • 学会等名: Japan-China International Symposium for Cancer Therapy
• [学会発表] Postirradiation Dynamics of Intratumoral HIF-1 Activity
  • 著者名/発表者名: Harada H, Itasaka S, Kizaka-Kondoh S, and Hiraoka M
  • 学会等名: The 13th International Congress of Radiation Research
• [学会発表] 放射線照射後の腫瘍内HIF-1活性のダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、近藤科江、澁谷景子、平岡真寛
  • 学会等名: 第5回がんとハイポキシア研究会
• [学会発表] Real-time Imaging of Tumor Hypoxia as HIF-1-dependent Bioluminescence and Fluorescence
  • 著者名/発表者名: Harada H, Itasaka S, Kizaka-Kondoh S, and Hiraoka M
  • 学会等名: 1st International Symposium on Nano-medicine -from basic to applications-
• [学会発表] Tumor Hypoxia and HIF-1
  • 著者名/発表者名: Harada H
  • 学会等名: International Symposium for Cancer Therapy
• [学会発表] 放射線照射後の腫瘍内HIF-1活性のダイナミクス
  • 著者名/発表者名: 原田浩、板坂聡、近藤科江、澁谷景子、平岡真寛
  • 学会等名: 第50回日本放射線影響学会
• [学会発表] 低酸素応答因子(HIF-1)の活性を利用した腫瘍内低酸素領域の光イメージング
  • 著者名/発表者名: 原田浩
  • 学会等名: 低酸素応答因子(HIF-1)の活性を利用した腫瘍内低酸素領域の光イメージング
• [図書] Protein Transduction Domain-mediated Delivery of Anti-cancer Drugs and Proteins. Lu Y and Mahato RI (eds). Pharmaceutical Perspectives of Cancer Therapeutics. (2009)
  • 著者名/発表者名: *Harada H, and Hiraoka M.
  • 出版者: Springer.(In press)
• [図書] 低酸素がん細胞の光学イメージング. からだと酸素の辞典 (2009)
  • 著者名/発表者名: *原田浩、平岡真寛
  • 出版者: (印刷中)
• [備考]
  • URL: http://radiotherapy.kuhp.kyoto-u.ac.jp/