タンキラーゼ特異的ポリADPリボシル化を標的としたがん治療戦略の最適化

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03523
• 研究機関: 公益財団法人がん研究会
• 研究代表者: 清宮 啓之 公益財団法人がん研究会, がん化学療法センター 分子生物治療研究部, 部長 (50280623)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: タンキラーゼ / ポリ(ADP-リボシル)化 / がん / 分子標的治療

研究実績の概要

（1）ヒト培養大腸がん細胞株および患者由来大腸がん細胞について、Wnt/β-カテニン経路、KRAS/BRAF経路、PI3K/AKT経路などのがん性ドライバー変異の共存状態をゲノム解析で精査し、タンキラーゼ阻害剤感受性との相関を調べたところ、20アミノ酸リピートを完全欠失した短鎖型APC変異が主要な感受性相関因子であることが確認された。但し、20アミノ酸リピートを部分的に保持する長鎖型APC変異を有する細胞でも感受性を示す例があり、さらに精査したところ、β-カテニンの核内蓄積が顕著な細胞株がタンキラーゼ阻害剤に感受性を示すことが明らかとなった。
（2）我々はタンキラーゼ阻害剤がCD44陽性大腸がん幹細胞に対してより強い増殖抑制効果を示すことを見出していたが、今年度はこれと関連して、同剤はCD44陽性大腸がん幹細胞が高発現するc-KITの転写を抑制することを見出した。この現象はアキシンの蓄積に依存するがβ-カテニンの低下とは関係せず、転写因子SP-1とc-KIT遺伝子プロモーターの結合低下に起因することを突き止めた。また、患者由来大腸がん細胞でも同じ現象が誘導されることが確認された。
（3）すでに同定したタンキラーゼ阻害剤合成致死因子について、当該shRNAによりタンキラーゼ阻害剤の効果が増強される細胞株を様々な臓器由来がんで探索し、合成致死が誘導される細胞株とされない細胞株を同定した。
（4）上記（２）の結果を踏まえ、大腸がん細胞株COLO-320DMのマウスゼノグラフトモデルにおいて、タンキラーゼ阻害剤と細胞傷害性抗がん剤の併用を試みた。その結果、タンキラーゼ阻害剤G007-LKは、それ単独では抗腫瘍効果を発揮しない低用量において、抗がん剤イリノテカンの効果を増強した。

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

（1）大腸がんにおける薬効予測バイオマーカーの探索については、20アミノ酸リピートを完全欠失した短鎖型APC変異を有力候補としていたが、一部例外的に感受性を示す細胞株があった。今回の検討で、β-カテニンの核内蓄積パターンを評価することで、より精度の高い感受性予測が可能となった。
（2）大腸がん幹細胞のターゲティング手法としての妥当性と分子機序の検証については、タンキラーゼ阻害剤によるc-KITの発現低下という現象のみならず、その分子機序として遺伝子プロモーターへのSP-1の結合の低下を見出すことが出来た。しかも、この現象は複数の細胞株で再現された。
（3）合成致死因子の同定とこれに合わせたがん治療モデルの構築については、細胞パネルを用いた大規模探索により、合成致死が成立する細胞株と成立しない細胞株をそれぞれ多数同定することができた。これらは今後の解析に有用な情報を提供すると期待される。
（4）有効なin vivo併用療法モデルの構築については、タンキラーゼ阻害剤とイリノテカンの併用効果を確認することができ、今後の非臨床試験における治療プロトコールをデザインする上で、きわめて重要な情報となった。

今後の研究の推進方策

（1）大腸がんにおける薬効予測バイオマーカーの探索
タンキラーゼ阻害剤感受性細胞株および薬効予測バイオマーカーの候補因子を同定したので、今後はこれらの細胞株のゼノグラフトマウスの構築を試みる。さらに、構築されたゼノグラフト系を用い、タンキラーゼ阻害剤のin vivoレベルでの制がん効果を検証する。
（2）大腸がん幹細胞のターゲティング手法としての妥当性と分子機序の検証
RNA干渉やゲノム編集によりCD44陽性大腸がん幹細胞におけるc-KITの機能修飾を行い、がん幹細胞性の変化を解析することで、がん幹細胞性に対するc-KITの機能的寄与を明らかにする。
（3）合成致死因子の同定とこれに合わせたがん治療モデルの構築
タンキラーゼ阻害剤の細胞増殖抑制効果を増強するshRNAが惹起する細胞応答をトランスクリプトーム解析および免疫生化学的手法で観察するとともに、合成致死性が認められたがん細胞株と認められなかったがん細胞株のエクソーム解析に着手する。

研究成果

• [国際共同研究] Universite Claude Bernard Lyon1(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Universite Claude Bernard Lyon1
• [雑誌論文] Design and Discovery of an Orally Efficacious Spiroindolinone-Based Tankyrase Inhibitor for the Treatment of Colon Cancer. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shirai F, Mizutani A, Yashiroda Y, Tsumura T, Kano Y, Muramatsu Y, Chikada T, Yuki H, Niwa H, Sato S, Washizuka K, Koda Y, Mazaki Y, Jang MK, Yoshida H, Nagamori A, Okue M, Watanabe T, Kitamura K, Shitara E, Honma T, Umehara T, et al.
  • 雑誌名: J Med Chem 巻: 63 ページ: 4183-4204
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.0c00045
  • 査読あり
• [雑誌論文] ALDH1A3-mTOR axis as a therapeutic target for anticancer drug-tolerant persister cells in gastric cancer. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawakami R, Mashima T, Kawata N, Kumagai K, Migita T, Sano T, Mizunuma N, Yamaguchi K, Seimiya H.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 111 ページ: 962-973
  • DOI: 10.1111/cas.14316
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Tankyrase Inhibitors Target Colorectal Cancer Stem Cells via AXIN-Dependent Downregulation of c-KIT Tyrosine Kinase. (2020)
  • 著者名/発表者名: Jang MK, Mashima T, Seimiya H.
  • 雑誌名: Mol Cancer Ther 巻: 19 ページ: 765-776
  • DOI: 10.1158/1535-7163.MCT-19-0668
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epidermal growth factor receptor mRNA expression: A potential molecular escape mechanism from regorafenib. (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsusaka S, Hanna DL, Ning Y, Yang D, Cao S, Berger MD, Miyamoto Y, Suenaga M, Dan S, Mashima T, Seimiya H, Zhang W, Lenz HJ.
  • 雑誌名: Cancer Sci 巻: 111 ページ: 441-450
  • DOI: 10.1111/cas.14273
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Tankyrase promotes primary precursor miRNA processing to precursor miRNA. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizutani A, Seimiya H.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 52 ページ: 945-951
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.11.191
  • 査読あり
• [雑誌論文] A phase I study to determine the maximum tolerated dose of trifluridine/tipiracil and oxaliplatin in patients with refractory metastatic colorectal cancer: LUPIN study. (2020)
  • 著者名/発表者名: Suenaga M, Wakatsuki T, Mashima T, Ogura M, Ichimura T, Shinozaki E, Nakayama I, Osumi H, Ota Y, Takahari D, Chin K, Seimiya H, Yamaguchi K.
  • 雑誌名: Invest New Drugs 巻: 38 ページ: 111-119
  • DOI: 10.1007/s10637-019-00749-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] From the wings to the center stage of chromosomes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Okamoto K, Seimiya H.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 294 ページ: 17723-17724
  • DOI: 10.1074/jbc.H119.011587
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In silico chemical screening identifies epidermal growth factor receptor as a therapeutic target of drug-tolerant CD44v9-positive gastric cancer cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mashima T, Iwasaki R, Kawata N, Kawakami R, Kumagai K, Migita T, Sano T, Yamaguchi K, Seimiya H.
  • 雑誌名: Br J Cancer 巻: 121 ページ: 846-856
  • DOI: 10.1038/s41416-019-0600-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Discovery of Novel Spiroindoline Derivatives as Selective Tankyrase Inhibitors. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shirai F, Tsumura T, Yashiroda Y, Yuki H, Niwa H, Sato S, Chikada T, Koda Y, Washizuka K, Yoshimoto N, Abe M, Onuki T, Mazaki Y, Hirama C, Fukami T, Watanabe H, Honma T, Umehara T, Shirouzu M, Okue M, Kano Y, Watanabe T, et al.
  • 雑誌名: J Med Chem 巻: 62 ページ: 3407-3427
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.8b01888
  • 査読あり
• [雑誌論文] Meeting report of the 14th Japan-Korea joint symposium on cancer and aging research: current status of translational research and approaches to precision medicine. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sueoka E, Watanabe T, Mashima T, Shirakami Y, Komori A, Matsuo K, Yoshikawa HY, Cho KA, Park TJ, Seimiya H, Kim EG, Suganuma M, Chung J.
  • 雑誌名: J Cancer Res Clin Oncol 巻: 145 ページ: 1263-1271
  • DOI: 10.1007/s00432-019-02887-2
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Telomere as the starting point of anticancer drug discovery (2020)
  • 著者名/発表者名: Seimiya H.
  • 学会等名: LyonSE&N - ELyT Workshop 2020
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 患者由来胃がん細胞の不均一性と薬剤抵抗性細胞の治療標的分子 (2020)
  • 著者名/発表者名: 川上隆兵、馬島哲夫、川田直美、右田敏郎、熊谷厚志、佐野武、水沼信之、山口研成、清宮啓之
  • 学会等名: 第1回日本癌学会若手の会
• [学会発表] Tankyrase and G-quadruplex as molecular targets for cancer therapy (2019)
  • 著者名/発表者名: Seimiya H.
  • 学会等名: 第25回日本遺伝子細胞治療学会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Telomere as the starting point of anticancer drug discovery (2019)
  • 著者名/発表者名: Seimiya H.
  • 学会等名: The 7th Symposium, RIKEN-Max Planck Joint Research Center
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crossroads of telomere biology and cancer drug discovery (2019)
  • 著者名/発表者名: Seimiya H.
  • 学会等名: 第78回日本癌学会学術総会コアシンポジウム
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] テロメアから始まるがん創薬 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清宮啓之
  • 学会等名: JSPS「日本におけるケミカルバイオロジーの新展開」 に関する産学協力研究委員会
  • 招待講演
• [学会発表] 分子プロファイリング支援活動のご紹介 ～小さな分子を起点とした生命科学研究のお手伝い (2019)
  • 著者名/発表者名: 清宮啓之
  • 学会等名: 文部科学省新学術領域研究 学術研究支援基盤形成 先端モデル動物支援プラットフォーム 2019年度若手支援技術講習会
  • 招待講演
• [学会発表] Wnt/G4を標的としたがん創薬 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清宮啓之
  • 学会等名: 広島大学大学院医系科学研究科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 染色体の末端から始まるがん創薬 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清宮啓之
  • 学会等名: 徳島大学大学院医歯薬学研究部 呼吸器・膠原病内科学分野 開講48周年記念会 篠原 勉先生 特任教授就任祝賀会
  • 招待講演
• [学会発表] EGFR阻害剤による胃がん薬剤抵抗性CD44v発現細胞の増殖抑制とイリノテカンによる治療効果の増強 (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬島哲夫、岩崎里紗、川上隆兵、熊谷厚志、右田敏郎、佐野武、山口研成、清宮啓之
  • 学会等名: 第78回日本癌学会学術総会
• [学会発表] タンキラーゼ阻害剤によるAXIN2を介した大腸がん幹細胞のターゲティング (2019)
  • 著者名/発表者名: 張明奎、馬島哲夫、清宮啓之
  • 学会等名: 第78回日本癌学会学術総会
• [学会発表] EGFR阻害剤は胃がん薬剤抵抗性に寄与するCD44v発現細胞の増殖を抑制し、イリノテカンの治療効果を増強する (2019)
  • 著者名/発表者名: 馬島哲夫、岩崎里紗、川上隆兵、清宮啓之
  • 学会等名: 第23回日本がん分子標的治療学会
• [学会発表] タンキラーゼ阻害剤による大腸がん幹細胞の増殖抑制とその分子機序 (2019)
  • 著者名/発表者名: 張明奎、馬島哲夫、清宮啓之
  • 学会等名: 第23回日本がん分子標的治療学会
• [学会発表] タンキラーゼ阻害剤による大腸がん幹細胞の増殖抑制とその分子メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 張明奎、馬島哲夫、清宮啓之
  • 学会等名: 文部科学省新学術領域研究 学術研究支援基盤形成 先端モデル動物支援プラットフォーム 2019年度若手支援技術講習会
• [学会発表] 幹細胞因子による大腸がん幹細胞の維持とその分子機序 (2019)
  • 著者名/発表者名: 冨澤文弥、張明奎、馬島哲夫、清宮啓之
  • 学会等名: 文部科学省新学術領域研究 学術研究支援基盤形成 先端モデル動物支援プラットフォーム 2019年度若手支援技術講習会
• [図書] 進化するがん創薬 (2019)
  • 著者名/発表者名: 清宮啓之（編）
  • 総ページ数: 344
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 4759817336
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.jfcr.or.jp/chemotherapy/department/molecular_biotherapy/