鉄シグナルによる膵臓癌転移促進機構の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H00443
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 五十嵐 和彦 東北大学, 医学系研究科, 教授 (00250738)
• 研究分担者: 加藤 浩貴 東北大学, 大学病院, 助教 (50801677)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 膵臓癌 / 転移 / 上皮間葉転換 / 鉄 / BACH1

研究実績の概要

BACH1の発現を操作する実験系としてAIDを用いる系を予定したが、Tet repressorを使う系が順調に進んだことから、これを用いた実験系を優先的に進めた。BACH1ノックアウトマウス線維芽細胞にTet repressor-VP16融合転写因子発現プラスミド、およびTet結合配列を含むプロモーター下流にBACH1コード配列を連結したプラスミドを導入した。薬剤選択後にクローン化し、得られた複数のクローンについてBACH1発現レベルをチェックした。ドキシサイクリン非添加時と添加時を比べると添加時にBACH1発現レベルが上昇することを確認したが、非添加時でもBACH1の発現が観察された。これら細胞株をメルカプトエタノール不含培地で培養したところ、線維芽細胞が効率良く細胞死へ向かうことを見いだした。この細胞死はBACH1非導入細胞では観察されず、また、BACH1導入細胞株ではBACH1発現レベルと細胞死頻度が相関した。さらに、この細胞死は鉄キレート剤、フェロトーシス阻害剤で抑制され、アポトーシス阻害剤等では抑制されないこと、遊離鉄上昇とグルタチオン低下、過酸化脂質上昇などを伴うことから、BACH1再発現が鉄依存性細胞死フェロトーシスを誘発すると結論した。
すい臓癌細胞におけるBACH1による接着分子遺伝子の発現抑制が自由鉄を介することを見いだした。
ヒトすい臓癌細胞株、頭頸部癌細胞株、B細胞株を用いたBACH1やBACH2のクロマチン免疫沈降シークエンスおよびRNAシークエンスのデータを統合解析し、鉄・ヘム代謝に関わるBACH1標的遺伝子候補を同定した。合わせて、炎症応答などがん微小環境形成に関わる可能性のあるBACH1標的遺伝子候補なども同定した。

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

Tet repressor の系は発現の漏れがあったことから、次はAID系の構築を進める。

今後の研究の推進方策

項目1　BACH1発現誘導系、BACH1ノックアウト線維芽細胞へ導入し安定発現細胞株を作成し、得られた細胞株におけるBACH1標的遺伝子の発現、鉄代謝の変化、鉄依存性細胞死フェロトーシスの変化を比較する。
項目2　前年度に作成したヒト膵臓癌における鉄関連BACH1標的遺伝子候補リストの中で癌進展と関連が予想されるものについて、ノックダウン実験などにより機能を調べる。
項目3　共同研究先で開発されたBACH1阻害剤の誘導剤を入手し、細胞レベルでのBACH1およびその標的遺伝子発現への作用を確認する。

研究成果

• [国際共同研究] ハノーバー大学医学部(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ハノーバー大学医学部
• [国際共同研究] パリ大学(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: パリ大学
• [国際共同研究] ウィスコンシン州立大学/オーガスタ大学/サウスカロライナ医科大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ウィスコンシン州立大学/オーガスタ大学/サウスカロライナ医科大学
• [国際共同研究] マーストリヒト大学(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: マーストリヒト大学
• [雑誌論文] BACH1 Expression Is Promoted by Tank Binding Kinase 1 (TBK1) in Pancreatic Cancer Cells to Increase Iron and Reduce the Expression of E-Cadherin. (2022)
  • 著者名/発表者名: Liu, L., Matsumoto M., Matsui-Watanabe, M., Ochiai, K., Callens, B.K.K., Nguyen,. L.C., Kozuki, Y., Tanaka, M., Nishizawa, H. and Igarashi, K.
  • 雑誌名: Antioxidants (Basel) 巻: 11 ページ: 1460
  • DOI: 10.3390/antiox11081460.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Heme-dependent induction of mitophagy program during differentiation of murine erythroid cells. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ikeda, M., Kato, H., Shima, H., Matsumoto, M., Furukawa, E., Yan, Y., Liao, R., Xu, J., Muto, A., Fujiwara, T., Harigae, H., Bresnick, E.H. and Igarashi, K.
  • 雑誌名: Experimental Hematology 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.exphem.2022.11.007.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of the Role of FAM210B in Mitochondrial Metabolism and Erythropoiesis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, C., Fujiwara, T., Shima, H., Ono, K., Saito, K., Kato, H., Onodera, K., Ichikawa, S., Fukuhara, N., Onishi, Y., Yokoyama, H., Nakamura, Y., Igarashi, K., and Harigae, H.
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 42 ページ: e0014322
  • DOI: 10.1128/mcb.00143-22.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Congenital sideroblastic anemia model due to ALAS2 mutation is susceptible to ferroptosis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Ono, K., Fujiwara, T., Saito, K., Nishizawa, H., Takahashi, N., Suzuki ,C., Ochi, T., Kato, H., Ishii, Y., Onodera, K., Ichikawa, S., Fukuhara, N., Onishi ,Y., Yokoyama, H., Yamada, R., Nakamura, Y., Igarashi, K. and Harigae H.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 ページ: 9024
  • DOI: 10.1038/s41598-022-12940-9.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BACH1-Hemoxygenase-1 axis regulates cellular energetics and survival following sepsis. (2022)
  • 著者名/発表者名: Cai, L., Arbab, A.S., Lee, T.J., Sharma, A., Thomas, B., Igarashi, K. and Raju, R.P.
  • 雑誌名: Free Radical Biology and Medicine 巻: 188 ページ: 134-145
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2022.06.005.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The Cys-Pro motifs in the intrinsically disordered regions of the transcription factor BACH1 mediate distinct and overlapping functions upon heme binding. (2022)
  • 著者名/発表者名: Segawa, K., Igarashi, K. and Murayama, K.
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 596 ページ: 1576-1585
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14338.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic BACH1 deficiency alters mitochondrial function and increases NLRP3 inflammasome activation in mouse macrophages. (2022)
  • 著者名/発表者名: Pradhan, P., Vijayan, V., Cirksena, K., Buettner, F.F.R., Igarashi, K., Motterlini, R., Foresti, R. and Immenschuh, S.
  • 雑誌名: Redox Biology 巻: 51 ページ: 102265
  • DOI: 10.1016/j.redox.2022.102265.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 転写因子BACH2によるB細胞免疫応答における鉄代謝調節機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 倉澤 岳志、武藤 哲彦、松本 光代、落合 恭子、 五十嵐 和彦
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 頭頸部癌細胞における転写因子BACH1の細胞死回避機構の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 遠藤緋理、松本光代、六郷正博、落合恭子、西澤弘成、五十嵐和彦
  • 学会等名: 第45回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Integration of erythroid differentiation and autophagy by iron-heme metabolism (2022)
  • 著者名/発表者名: Igarashi K, Kato H, Ikeda M, Fujiwara T, Harigae H
  • 学会等名: 第84回日本血液学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanistic connection of ferroptosis and cancer cell metastasis involving BACH1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Igarashi K, Nishizawa H, Liu L, Matsumoto M
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Meeting: Iron, Reactive Oxygen Species & Ferroptosis in Life, Death & Disease
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 東北大学大学院医学系研究科・生物化学分野ホームページ
  • URL: https://www.biochem.med.tohoku.ac.jp