乳がん治療刷新を目指した抑制因子活性化創薬と治療耐性機構の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H00543
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 片桐 豊雅 徳島大学, 先端酵素学研究所, 教授 (60291895)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 乳がん / がん抑制分子 / 相互作用阻害ペプチド / 足場タンパク質 / 治療耐性

研究実績の概要

研究代表者は、既存戦略とは異なるがん分子標的治療薬の開発を目指し「乳がん関連シグナル抑制因子PHB2」に着目してきた。詳細な機能解析の結果、エストロゲン受容体(ER）陽性乳がん細胞の細胞質において、研究代表者がこれまでに同定した「がん特異的足場タンパク質BIG3」がPHB2と結合し、その抑制機能を制御していることを明らかにした。さらに「BIG3-PHB2相互作用阻害ペプチド(stERAP)」を開発し、その投与にてBIG3から解放されたPHB2の抑制機能が再活性化することを利用した新たな治療法を提唱した。本研究では、ER陽性乳がんに加えて、他の乳がんのサブタイプであるHER2陽性およびトリプルネガティブ乳がん(TNBC)、治療耐性獲得乳がん細胞におけるBIG3-PHB2の細胞内局在を通じた病態意義解明およびstERAPの新たな治療法としての可能性の追求を目的に本年度も解析を進めてきた。
今年度は以下のことを明らかにした。
1）HER2陽性乳がんの治療薬であるtrastuzumabに対して感受性細胞でのBIG3-PHB2複合体がトランスゴルジ網（TGN）に局在して、がん細胞の増殖、進展に関与する膜・分泌タンパク質の輸送を制御すること、さらにstERAP投与によるBIG3-PHB2相互作用阻害にて分泌輸送が阻害されることを明らかにした。
2）trastuzumab耐性細胞ではこれまでにEGFR-HER2のヘテロ複合体の形成の関与が報告されてきたが、その分子機序は不明であった。今年度、BIG3ーPHB2が細胞膜直下に局在を移動することで、EGFR-HER2のヘテロ複合体の形成に関与することを明らかにした。
3）TNBC乳がん細胞においてBIG3-PHB2複合体はリング状にミトコンドリアに局在し、stERAP投与にてミトコンドリアにリング形成が破綻し、ミトコンドリアが伸長することがわかった。

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

１）HER2陽性乳がんの治療薬であるtrastuzumabに対して感受性細胞でのBIG3-PHB2複合体がトランスゴルジ網（TGN）にて、膜・分泌タンパク質の輸送の制御してがん細胞の増殖、進展を促進すること、さらにstERAP投与によるBIG3-PHB2相互作用阻害にて分泌輸送の阻害を導き、増殖、進展抑制することを明らかにした
2）trastuzumab耐性細胞においてBIG3ーPHB2が細胞膜直下に局在し、EGFR-HER2のヘテロ複合体の形成に関与することを明らかにした。
3）TNBC乳がん細胞においてBIG3-PHB2複合体はリング状にミトコンドリアに局在し、stERAP投与にてミトコンドリアにリング形成が破綻し、ミトコンドリアが伸長することがわかった。

今後の研究の推進方策

令和5年度からは、医薬基盤・健康・栄養研究所を主とした研究拠点として移動し、兼務する徳島大学での研究とともに加速させる。
特に、昨年度まで明らかにしてきたHER2陽性乳がん細胞におけるBIG3-PHB2のTGNにおける膜分泌タンパク質の輸送を制御する分子機構の解明について、BIG3-PHB2に結合するタンパク質の探索をプロテオミクスにて進める。また、trastuzumab耐性細胞でのBIG3-PHB2の細胞膜におけるEGFR-HER2複合体との相互作用を通じた制御機構について明らかにする。さらに、TNBC乳がん細胞におけるBIG3-PHB2制御機構の解明について、1）stERAP投与にて観察されたミトコンドリア伸長のメカニズム解明を調べる。2）TNBC担がんマウスを用いたinvivo抗腫瘍効果を調べる。
stERAPをより安定化し、細胞膜透過性を向上させたdouble-stapled ERAP:dstERAP)のエストロゲン受容体(ER)陽性乳がん，HER2陽性、TNBCの担がんマウスにおける長期抗腫瘍効果を導くが、そのメカニズム解明を進める。また、この長期薬効について、免疫系の関与を考えてstERAP（dstERAP）投与後の腫瘍における網羅的遺伝子発現解析を実施して、関与するシグナル経路を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Pivotal role for S-nitrosylation of DNA methyltransferase 3B in epigenetic regulation of tumorigenesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Okuda K, Nakahara K, Ito A, Iijima Y, Nomura R, Kumar A, Fujikawa K, Adachi K, Shimada Y, Fujio S, Yamamoto R, Takasugi N, Onuma K, Marusawa H, Matsushita Y, Katagiri T, Shibata T, Uchida K, Niu SY, Lang NB, Nakamura T, Zhang KYJ, Lipton SA, Uehara T. 他6名
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 621
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36232-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Blue light induces apoptosis and autophagy by promoting ROS‐mediated mitochondrial dysfunction in synovial sarcoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi Makoto、Nishisho Toshihiko、Toki Shunichi、Kawaguchi Shinji、Tamaki Shunsuke、Oya Takeshi、Uto Yoshihiro、Katagiri Toyomasa、Sairyo Koichi
  • 雑誌名: Cancer Medicine 巻: 12 ページ: 9668～9683
  • DOI: 10.1002/cam4.5664
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] p53-independent tumor suppression by cell-cycle arrest via CREB/ATF transcription factor OASIS (2023)
  • 著者名/発表者名: Saito Atsushi、Kamikawa Yasunao、Ito Taichi、Matsuhisa Koji、Kaneko Masayuki、Okamoto Takumi、Yoshimaru Tetsuro、Matsushita Yosuke、Katagiri Toyomasa、Imaizumi Kazunori
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: - ページ: 112479～112479
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112479
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 乳がん細胞における O型糖鎖修飾を介した IRE1の恒常的活性化機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内山 圭司, 吉丸 哲郎, 松下 洋輔, 尾野 雅哉, 三好 康雄, 笹 三徳, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第95回日本生化学会大会
• [学会発表] RHBDL2 has essential roles for glutaminolysis and chemoresistance in triple negative breast cance (2022)
  • 著者名/発表者名: Yosuke Matsushita, Kazumasa Okumura, Masato Komatsu, Tetsuro Yoshimaru, Ono Masaya, Akira Tangoku, Miyoshi Yasuo, Sasa Mitsunori and Toyomasa Katagiri
  • 学会等名: The 17th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences International Symposium on Tumor Biology in Kanazawa 2022
• [学会発表] The plasma membrane BIG3-PHB2 complex contributes to the acquisition of trastuzumab-resistance in HER2-positive breast cancer (2022)
  • 著者名/発表者名: Tetsuro Yoshimaru, Yosuke Matsushita, Hidetaka Kosako, Sasa Mitsunorii, Miyoshi Yasuo and Toyomasa Katagiri
  • 学会等名: The 17th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences International Symposium on Tumor Biology in Kanazawa 2022
• [学会発表] 乳がん細胞におけるO 結合型糖鎖修飾GRP78/Bip の役割解明と創薬研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 萩原 浩生, 内山 圭司, 吉丸 哲郎, 松下 洋輔, 三好 康雄, 笹 三徳, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] ミトコンドリアBIG3-PHB2 複合体は，トリプルネガティブ乳癌細胞の脆弱性を示す選択的治療標的である (2022)
  • 著者名/発表者名: 相原 仁, 吉丸 哲郎, 尾野 雅哉, 笹 三徳, 三好 康雄, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] Whole-exome sequencing for the identification of Japanese familial breast cancer susceptibility genes (2022)
  • 著者名/発表者名: Abdullah S. Ili, Tetsuro Yoshimaru, Yosuke Matsushita, Masato Komatsu, Miyoshi Yasuo, Honda Junko, Ohsumi Shozo, Sasa Mitsunori and Toyomasa Katagir
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] トリプルネガティブ乳癌におけるRHBDL2 のグルタミン代謝調節機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 松下 洋輔, 奥村 和正, 小松 正人, 吉丸 哲郎, 尾野 雅哉, 三好 康雄, 笹 三徳, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 細胞膜BIG3-PHB2 複合体がHER2 陽性乳癌のトラスツズマブ耐性 獲得に必須である (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉丸 哲郎, 松下 洋輔, 笹 三徳, 三好 康雄, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 3 次元培養下における新規の癌特異分子PRELID2 の分子機能の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤 廉平, 前川 滋克, 加藤 陽一郎, 兼平 貢, 高田 亮, 松下 洋輔, 吉丸 哲郎, 布川 朋也, 片桐 豊雅, 小原 航
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 乳がん細胞におけるO 結合型糖転移酵素の発現亢進はIRE1 の恒常的活性化を惹起する (2022)
  • 著者名/発表者名: 内山 圭司, 吉丸 哲郎, 松下 洋輔, 尾野 雅哉, 笹 三徳, 三好 康雄, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] がん抑制因子活性化を利用した治療耐性乳がんに対する治療薬の開発戦略 (2022)
  • 著者名/発表者名: 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 乳がん治療耐性克服を目指した抑制因子活性化中分子創薬 (2022)
  • 著者名/発表者名: 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第30回日本乳癌学会学術総会
• [学会発表] ミトコンドリアBIG3-PHB2複合体ネットワークの脆弱性を標的としたトリプルネガティブ乳癌治療法の開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 相原 仁, 吉丸 哲郎, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第26回日本がん分子標的治療学会学術集会
• [学会発表] トラスツズマブ耐性HER2陽性乳がんの克服に向けたBIG3-PHB2相互作用を標的とした持続型阻害ペプチドの開発 (2022)
  • 著者名/発表者名: 吉丸 哲郎, 松下 洋輔, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第26回日本がん分子標的治療学会学術集会
• [学会発表] 乳がん細胞におけるO結合型糖鎖修飾GRP78/Bipの役割解明と創薬研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 萩原 浩生, 内山 圭司, 吉丸 哲郎, 松下 洋輔, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第26回日本がん分子標的治療学会学術集会
• [学会発表] 乳がん細胞におけるO型糖鎖修飾IRE1経路の恒常的活性化を標的とした新規治療戦略の可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内山 圭司, 松下 洋輔, 吉丸 哲郎, 萩原 浩生, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第26回日本がん分子標的治療学会学術集会