オメガ3脂肪酸代謝によるがん幹細胞の再発制御

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 21K19353
• 研究機関: 広島大学
• 研究代表者: 仲 一仁 広島大学, 原爆放射線医科学研究所, 准教授 (70372688)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• キーワード: オメガ3脂肪酸 / DHA代謝 / CML幹細胞 / Gタンパク質共役受容体

研究実績の概要

長鎖脂肪酸のうち，炭素末端のn-3位に二重結合をもつ不飽和脂肪酸はオメガ3脂肪酸に属する．哺乳動物は，このオメガ3脂肪酸を生合成できないため，体外から摂取しなければならない必須脂肪酸に位置付けられている．近年のリピドミクス解析技術の進展により様々な脂質代謝産物の研究が進められているが，オメガ3脂肪酸代謝の意義は明らかでない．
一方， 慢性骨髄性白血病 (CML)患者の生命予後はチロシンキナーゼ阻害剤 (TKI)の開発によって飛躍的に改善したが，TKI治療後の再発が問題となっている．CML幹細胞は非常に多くのCML細胞を生み出す未分化性と，TKI治療に対する抵抗性を併せ持つ細胞であり，TKI治療後，残存した CML幹細胞は再発を引き起こす原因となる．現在，世界の多くの研究者によってCML幹細胞の未分化性維持，TKI抵抗性の制御メカニズム, 並びにCML幹細胞を標的とする治療法の研究が進められている．
研究代表者はマウスCMLモデルを用いてCML幹細胞における脂質代謝産物の網羅的なリピドミクス解析を行い，オメガ3脂肪酸に属するドコサヘキサエン酸 (DHA)やその代謝産物が蓄積していることを発見した．本研究では, CMLのマウスモデルを用いて，DHAによるCML幹細胞の制御メカニズムを解析し，生体内でのCML幹細胞の維持やTKI抵抗性の制御におけるオメガ3脂肪酸代謝の意義を解明する．
令和3年度，CMLマウスモデルよりCML幹細胞を分離し，in vitroでDHA処理を行なって抑制効果の有無を検証した．その結果，CML幹細胞のコロニー形成能の抑制効果が見られるDHA処理濃度を見出した．一方，CML幹細胞の遺伝子発現解析を行い，オメガ3脂肪酸代謝の下流の標的遺伝子として想定されるGタンパク質共役受容体(GPCR)遺伝子を明らかにした．

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

令和3年度，テトラサイクリン制御型CMLマウスモデルより長期CML幹細胞を分離し，in vitroでDHA存在下コロニー形成能の抑制効果の解析を行なった．まず，テトラサイクリン制御型CMLマウスモデル(Scl-tTA・tetO-BCR-ABL1ダブルトランスジェニックマウス)においてドキシサイクリン (DOX) 投与を中止してCMLの発症を誘導した．このCML発症マウスから骨髄単核球を取得し，セルソーターを用いて，長期CML幹細胞 (CD150+, CD48-, CD135-, cKit+, Sca-1+，分化マーカー陰性細胞)の純化を行った．これらの細胞を50μM，200μMの DHA(Merck)含有条件下，メチルセルロース半固形培地(Stem Cell Technologies，GFM3434)中, 生体内環境を模倣した低酸素(3%酸素濃度)環境で培養を行なった．その結果，50μMではCML幹細胞のコロニー形成能に影響は見られなかったのに対し，200μMではコロニー形成能の抑制効果が認められた．
一方，CML幹細胞におけるDHA代謝産物や下流のリピッドメディエータによるシグナル伝達にはGタンパク質共役受容体(GPCR)の関与が想定される．令和3年度，マウスCML幹細胞の遺伝子発現解析を行い，下流の標的候補遺伝子として，Gpr82，並びにLPAR4/Gpr16の発現上昇を見出した．これまでに，秋田大学の石井聡教授よりGpr82，及びLPAR4/Gpr16のノックアウトマウスの供与を受けた．現在，マウスの受精卵の蘇生を行なって動物施設への導入を進めている．

今後の研究の推進方策

今後，CML幹細胞に対して200μMのDHA処理を行い，経時的にCML幹細胞における代謝産物のリピドミクス解析を行なって，DHAの下流の代謝産物を明らかにする．また，テトラサイクリン制御型CMLマウスモデルにDHAを投与し，このマウスからCML幹細胞を純化してin vitroでのコロニー形成能の解析を行い，DHAによるCML幹細胞の抑制効果を解析する．さらに，このDHA投与後のCML幹細胞をレシピエントマウスに移植して，生体内での自己複製能の維持におけるDHA代謝の意義を明らかにする．
一方，Gpr82，及びLPAR4/Gpr16のノックアウト(KO)マウス由来のCML幹細胞の機能解析を行う．まず，Gpr82，及びLPAR4/Gpr16 KOマウスより造血幹細胞を純化する．この細胞にレトロウイルスベクターを用いてヒトCMLの原因遺伝子であるBCR-ABL1を導入し，放射線照射後のレシピエントマウスに移植を行なってCMLのマウスモデルを構築する．これらのマウスからCML幹細胞を純化して，CML幹細胞の維持におけるGpr82，及びLPAR4/Gpr16の機能を解析する．さらに，これらのCML幹細胞をレシピエントマウスに対して二次移植し，CML幹細胞の長期間の白血病発症の制御におけるGpr82，及びLPAR4/Gpr16の役割を明らかにする．また，Gpr82，及びLPAR4/Gpr16 KO CML幹細胞を移植したマウスに対してDHAの投与を行い，CML幹細胞のDHA代謝におけるGpr82，及びLPAR4/Gpr16に役割を解析する．

次年度使用額が生じた理由

当該年度の消耗品購入予定のうち，幹細胞培養試薬に関して海外からの輸入に納品遅延の可能性が生じたため，9141円分の購入を次年度に行うこととした．
令和4年度，9141円分の当該幹細胞培養試薬の購入を行う計画である．

研究成果

• [国際共同研究] GILO Foundation, GILO研究所(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: GILO Foundation, GILO研究所
• [国際共同研究] プリンセスマーガレットがんセンター(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: プリンセスマーガレットがんセンター
• [国際共同研究] 成均館大学校サムスン医療セン ター(韓国)
  • 国名: 韓国
  • 外国機関名: 成均館大学校サムスン医療セン ター
• [雑誌論文] Pterostilbene downregulates BCR/ABL and induces apoptosis of T315I-mutated BCR/ABL-positive leukemic cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawakami S, Tsuma-Kaneko M, Sawanobori M, Uno T, Nakamura Y, Matsuzawa H, Suzuki R, Onizuka M, Yahata T, Naka K, Ando K, Kawada H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 704
  • DOI: 10.1038/s41598-021-04654-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RUNX1 transactivates BCR‐ABL1 expression in Philadelphia chromosome positive acute lymphoblastic leukemia (2021)
  • 著者名/発表者名: Masuda T, Maeda S, Shimada S, Sakuramoto N, Morita K, Koyama A, Suzuki K, Mitsuda Y, Matsuo H, Kubota H, Kato I, Tanaka K, Takita J, Hirata M, Karaoke T, Nakahata T, Adachi S, Hirai H, Mizuta S, Naka K, Imai Y, Kimura S, Sugiyama H, Kamikubo Y
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 113 ページ: 529～539
  • DOI: 10.1111/cas.15239
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Statins Enhance the Molecular Response in Chronic Myeloid Leukemia when Combined with Tyrosine Kinase Inhibitors (2021)
  • 著者名/発表者名: Jang H-J*, Woo YM*, Naka K*(*contributed equally ), Park J-H, Han H-J, Kim H-J, Kim S-H, Ahn JS, KimTH, Kimura S, Zarabi S, Lipton JH, Minden MD, Jung CW, Kim H-J, Kim J-W, Kim DDH
  • 雑誌名: Cancers 巻: 13 ページ: 5543～5543
  • DOI: 10.3390/cancers13215543
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Role of Lysophospholipid Metabolism in Chronic Myelogenous Leukemia Stem Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Naka K
  • 雑誌名: Cancers 巻: 13 ページ: 3434～3434
  • DOI: 10.3390/cancers13143434
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] New routes to eradicating chronic myelogenous leukemia stem cells by targeting metabolism (2021)
  • 著者名/発表者名: Naka K
  • 雑誌名: International Journal of Hematology 巻: 113 ページ: 648～655
  • DOI: 10.1007/s12185-021-03112-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] 慢性骨髄性白血病幹細胞 (2021)
  • 著者名/発表者名: 仲 一仁
  • 雑誌名: 日本臨床 巻: 79 ページ: 1769-1775
• [雑誌論文] 慢性骨髄性白血病幹細胞におけるリゾリン脂質代謝 (2021)
  • 著者名/発表者名: 仲 一仁
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 278 ページ: 716-717
• [学会発表] Lipid Metabolism Specific to CML Stem Cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Naka
  • 学会等名: The 12th Japanese Society of Hematology International Symposium 2021, Kamakura, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The lysophospholipid metabolism enzyme Gdpd3 maintains chronic myelogenous leukemia stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Naka
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference "The Lysophospholipid and Related Mediators Conference: From Bench to Clinic, Malahide, Ireland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] CML幹細胞の脂質代謝メカニズム (2021)
  • 著者名/発表者名: 仲 一仁
  • 学会等名: 第1回 Basic and Clinical Researcher 支援セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Lysophospholipid metabolism is essential for the maintenance of chronic myelogenous leukemia stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Naka, Ryosuke Ochiai, Eriko Matsubara, Chie Kondo, Kyung-Min Yang, Akira Ooshima and Seong-Jin Kim
  • 学会等名: The 5th International Symposium of the Network-type Joint Usage/Research Center for Radiation Disaster Medical Science
  • 国際学会
• [学会発表] The lysophospholipid metabolism enzyme Gdpd3 maintains chronic myelogenous leukemia stem cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Kazuhito Naka
  • 学会等名: 23rd Annual John Goldman E-Conference on Chronic Myeloid Leukemia: Biology and Therapy
  • 国際学会
• [学会発表] リゾリン脂質代謝によるCML幹細胞の制御メカニズム (2021)
  • 著者名/発表者名: 仲 一仁
  • 学会等名: 第5回放射線災害・医科学研究拠点カンファランス