血液がん発症におけるミトコンドリア断片化と炎症性シグナル経路活性化のクロストーク

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H02905
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 東京薬科大学
• 研究代表者: 原田 浩徳 東京薬科大学, 生命科学部, 教授 (10314775)
• 研究分担者: 原田 結花 地方独立行政法人東京都立病院機構東京都立駒込病院(臨床研究室), 臨床試験科, 部長 (50379848)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 骨髄異形成症候群 / MDSモデルマウス / ミトコンドリアダイナミックス異常 / ミトコンドリア断片化 / 自然免疫系シグナル経路 / DAMPs / ROS / mtDNA

研究実績の概要

骨髄異形成症候群（Myelodysplastic syndromes, MDS）は、造血幹細胞の異常に起因する難治性の血液がんである。その発症に関わる遺伝子変異はこれまでに多数同定されたが、クローン優位性の獲得と細胞死が共存する複雑な病態の発症機序は未だ解明されていない。我々は、MDS患者の造血幹細胞・前駆細胞で過剰なミトコンドリアの断片化が生じていることを世界で初めて発見した。新規に樹立したMDSモデルマウスや多数例の患者細胞を解析した結果、遺伝子変異の種類によらず、ミトコンドリアの過剰な断片化が炎症性シグナル経路の活性化をきたし、MDS病態の根幹となっていることを明らかにした（Cancer Discovery 2022）。本研究では、この最新の研究成果に基づき、ミトコンドリア断片化が炎症性シグナル経路活性化を誘導する分子基盤を明らかにし、これを標的とした前臨床試験を実施することを目的とした。
ミトコンドリアに生じる異常に伴って、ミトコンドリア内の様々な成分が細胞質内に放出される。ミトコンドリア内の電子伝達系で産生されるROSの他に、ミトコンドリアDNAやRNA、ATPなどはいずれもDAMPsとして自然免疫系シグナル経路の活性化に寄与する。そこで、ミトコンドリアの過剰な断片化に伴う炎症性シグナル経路活性化の機序を明らかにするため、MDSモデルマウスの骨髄細胞の細胞質中で増加しているミトコンドリア由来成分について検討した。さらに、ミトコンドリア分裂阻害剤（mdivi-1）投与後のMDSクローンのROSおよびミトコンドリア由来DMAPsのレベルを測定し、ミトコンドリアの過剰な断片化との関連性を検証した。ミトコンドリアの過剰な断片化の過程において、MDSクローンの細胞質中にミトコンドリア由来ROSおよびmtDNAが大量に放出されていることが示された。

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

MDSマウスから採取した腫瘍クローン造血幹細胞・前駆細胞（HSC/Ps）では、ミトコンドリア断片化を伴う細胞の割合が顕著に増加している。さらに、このMDSマウスにmdivi-1を投与すると、vehicle投与群に比べてミトコンドリア断片化を有する細胞の割合が半減することを確認している。このMDSマウスの細胞質中のROSレベルを評価したところ、MDSマウスでは細胞質ROSレベルが著しく上昇していた。一方、mdivi-1投与後のMDSマウスでは、それに伴ってROSレベルが著しく低下していた。また、MDSマウスから核とミトコンドリアを除く細胞質画分を回収し、細胞質中に含まれるmtDNAを評価した。その結果、細胞質中で増加していたmtDNAが、mdivi-1投与後には有意に低下していることがわかった。以上の結果から、ミトコンドリアの過剰な断片化の過程において、MDSクローンの細胞質中にミトコンドリア由来ROSおよびmtDNAが大量に放出されていることが示された。
また、ミトコンドリア断片化の結果生じる炎症性細胞死の種類、細胞死がおこる細胞系統と分化ステージ、細胞死に伴って循環中に放出されるミトコンドリア由来DAMPsをはじめとする細胞内成分を調べ、MDSクローンにおけるミトコンドリア異常が細胞外に及ぼす影響を検討中である。MDSモデルマウスから骨髄細胞を採取し、Annexin Vアッセイによる細胞死解析を行ったところ、骨髄中MDSクローン内のHSC/Psから成熟骨髄系細胞において、Annexin V陽性細胞画分の増加が確認された。このことから、ホスファチジルセリンの細胞外露出を伴う細胞死機転が生じていることが示唆された。各細胞死機序に特異的なタンパクの発現について検討したが、アポトーシス亢進やネクロトーシス亢進の所見は確認できなかった。他の細胞死機序を探索中である。

今後の研究の推進方策

引き続きMDSマウスを用いて、ミトコンドリア断片化の結果生じる炎症性細胞死の種類、細胞死が顕著におこる細胞系統と分化ステージ、細胞死に伴って循環中に放出されるミトコンドリア由来DAMPsをはじめとする細胞内成分を解析し、MDSクローンにおけるミトコンドリア異常が細胞外に及ぼす影響を明らかにする。細胞死については、MDSクローンでのオートファジーの亢進に関与するPE結合LC3（LC3-II）レベルやリソソームマーカー（LAMP1）の検討、さらにオートファジー阻害剤である3-MethyladenineをMDSマウスに投与しオートファジー関連死について検証する。
MDSモデルマウスで得たミトコンドリアの断片化という知見は、多数例の患者検体でも確認され、MDS症例に特徴的な所見であることを確認している。本年度明らかとなったミトコンドリアの過剰な断片化の過程において、MDSクローンの細胞質中にミトコンドリア由来ROSおよびmtDNAが大量に放出されている現象が、MDS患者の骨髄細胞においても同様にみられるのかを検証する。マウスで行った方法を用いて、ヒト骨髄造血器腫瘍、再生不良性貧血などの骨髄不全症など骨髄造血器疾患の骨髄細胞からCD34陽性細胞を分取し、これらのサンプルにおいて細胞質内のROS、ミトコンドリア由来DAMPsを測定し、さらに細胞死関連タンパクの測定を行う。そのために、引き続き患者サンプルを収集し、NGSによる造血器腫瘍関連遺伝子パネル検査、およびCD34陽性細胞の網羅的遺伝子発現解析を実施する。MDSモデルマウスで得られた知見について、MDS患者を用いた検証の準備状況は順調である。

研究成果

• [雑誌論文] A specific G9a inhibitor unveils BGLT3 lncRNA as a universal mediator of chemically induced fetal globin gene expression (2023)
  • 著者名/発表者名: Takase S, Hiroyama T, Shirai F, Maemoto Y, Nakata A, Arata M, Matsuoka S, Sonoda T, Niwa H, Sato S, Umehara T, Shirouzu M, Nishigaya Y, Sumiya T, Hashimoto N, Namie R, Usui M, Ohishi T, Ohba SI, Kawada M, Hayashi Y, Harada H, Yamaguchi T, Shinkai Y, Nakamura Y, Yoshida M, Ito A
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 ページ: 23～23
  • DOI: 10.1038/s41467-022-35404-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impact of gene alterations on clinical outcome in young adults with myelodysplastic syndromes (2023)
  • 著者名/発表者名: Konishi Tatsuya、Sadato Daichi、Toya Takashi、Hirama Chizuko、Kishida Yuya、Nagata Akihito、Yamada Yuta、Shingai Naoki、Shimizu Hiroaki、Najima Yuho、Kobayashi Takeshi、Haraguchi Kyoko、Okuyama Yoshiki、Harada Hironori、Ohashi Kazuteru、Harada Yuka、Doki Noriko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 2641～2641
  • DOI: 10.1038/s41598-023-29794-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The early neutrophil-committed progenitors aberrantly differentiate into immunoregulatory monocytes during emergency myelopoiesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Ikeda N, Kubota H, Suzuki R, Morita M, Yoshimura A, Osada Y, Kishida K, Kitamura D, Iwata A, Yotsumoto S, Kurotaki D, Nishimura K, Nishiyama A, Tamura T, Kamatani T, Tsunoda T, Murakawa M, Asahina Y, Hayashi Y, Harada H, Harada Y, Yokota A, Hirai H, Seki T, Kuwahara M, Yamashita M, Shichino S, Tanaka M, Asano K
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 ページ: 112165～112165
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112165
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Myeloid neoplasms and clonal hematopoiesis from the RUNX1 perspective (2022)
  • 著者名/発表者名: Hayashi Yoshihiro、Harada Yuka、Harada Hironori
  • 雑誌名: Leukemia 巻: 36 ページ: 1203～1214
  • DOI: 10.1038/s41375-022-01548-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Prospective comparison of 5- and 7-day administration of azacitidine for myelodysplastic syndromes: a JALSG MDS212 trial (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Y, Kiguchi T, Sato S, Usuki K, Ishiyama K, Ito Y, Suzuki T, Taguchi J, Chiba S, Dobashi N, Tomita A, Harada H, Handa H, Horiike S, Maeda T, Matsuda M, Ichikawa M, Hata T, Honda S, Iyama S, Suzushima H, Moriuchi Y, Kurokawa T, Yokota K, Ohtake S, Yamauchi T, Matsumura I, Kiyoi H, Naoe T
  • 雑誌名: International Journal of Hematology 巻: 116 ページ: 228～238
  • DOI: 10.1007/s12185-022-03347-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 胚細胞腫瘍の治療後に続発したinv（16）を伴う急性骨髄性白血病発症を契機に診断されたKlinefelter症候群 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田辺 季佐、安達 弘人、和田 敦司、岸田 侑也、内堀 雄介、野口 侑真、迎 純一、新谷 直樹、遠矢 嵩、清水 啓明、小林 武、名島 悠峰、原田 浩徳、坂巻 壽、大橋 一輝、原田 結花、山口 達郎、秋月 伸哉、土岐 典子、井ノ口 卓彦、遠藤 麻惠、西尾 優子、貞任 大地、神原 康弘、熱田 雄也、小沼 亮介
  • 雑誌名: 臨床血液 巻: 63 ページ: 746～752
  • DOI: 10.11406/rinketsu.63.746
  • 査読あり
• [雑誌論文] 新規<i>SAMD9</i>生殖細胞系列変異を有する高齢発症骨髄異形成症候群 (2022)
  • 著者名/発表者名: 内田 智之、藤井 高幸、大原 慎、今井 唯、井上 盛浩、原田 結花、原田 浩徳、萩原 政夫
  • 雑誌名: 臨床血液 巻: 63 ページ: 865～869
  • DOI: 10.11406/rinketsu.63.865
  • 査読あり
• [雑誌論文] Labile CD22 and CD19 expression in a case of Philadelphia chromosome-like acute lymphoblastic leukemia (2022)
  • 著者名/発表者名: Mukae Junichi、Sadato Daichi、Toya Takashi、Watanabe Satoru、Hirama Chizuko、Konuma Ryosuke、Shimizu Hiroaki、Najima Yuho、Kobayashi Takeshi、Kato Motohiro、Ohki Kentaro、Oboki Keisuke、Harada Hironori、Ohashi Kazuteru、Deguchi Takao、Harada Yuka、Doki Noriko
  • 雑誌名: Leukemia & Lymphoma 巻: 63 ページ: 3261～3264
  • DOI: 10.1080/10428194.2022.2116936
  • 査読あり
• [雑誌論文] Adult-onset hereditary myeloid malignancy and allogeneic stem cell transplantation (2022)
  • 著者名/発表者名: Toya Takashi、Harada Hironori、Harada Yuka、Doki Noriko
  • 雑誌名: Frontiers in Oncology 巻: 12 ページ: 997530～997530
  • DOI: 10.3389/fonc.2022.997530
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ミトコンドリア動態異常に着目したクローン性造血およびMDSの新規診断法開発 (2023)
  • 著者名/発表者名: 青柳泰成，林 嘉宏，松沼菜摘，小林大貴，原田結花，原田浩徳
  • 学会等名: 第27回造血器腫瘍研究会
• [学会発表] クロマチン特性解析による骨髄異形成症候群の病態解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 大島基彦，高山直也，中島やえ子，小出周平，原田浩徳，原田結花，岩間厚志
  • 学会等名: 第27回造血器腫瘍研究会
• [学会発表] DDX41変異を有する骨髄性腫瘍の移植症例における予後について (2023)
  • 著者名/発表者名: 濱村貴史，貞任大地，名島悠峰，近藤花織，貞賀泰孝，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，小沼亮介，熱田雄也，島袋将志，厚井聡志，神宮寺敦史，細田 譲，尾内大志，新谷直樹，遠矢 嵩，清水啓明，小林 武，原田浩徳，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] Association of isolated trisomy 8 with graft-versus-host disease in patients with MDS (2023)
  • 著者名/発表者名: 新谷直樹，貞任大地，平間千津子，近藤花織，貞賀泰孝，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，島袋将志，神宮司淳史，細田 譲，厚井聡志，尾内大志，濱村貴史，遠矢 嵩，清水啓明，名島悠峰，小林 武，原口京子，奥山美樹，原田浩徳，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] Prognostic value of complex karyotype for transplant outcome in patients with MDS (2023)
  • 著者名/発表者名: 加藤千賀，新谷直樹，貞任大地，平間千津子，近藤花織，貞賀泰孝，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，島袋将志，神宮司淳史，細田 譲，厚井聡志，尾内大志，濱村貴史，遠矢 嵩，清水啓明，名島悠峰，小林 武，原口京子，奥山美樹，原田浩徳，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] NGS analysis of 25 patients with very late relapse after allogeneic stem cell transplantation (2023)
  • 著者名/発表者名: 神原康弘，遠矢 嵩，貞任大地，本田 晃，加藤せい子，平間千津子，原口京子，清水啓明，名島悠峰，小林 武，大保木啓介，奥山美樹，大橋一輝，原田浩徳，高橋 聡，黒川峰夫，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] Analysis of transplant outcomes in TP53 mutation-positive myeloid neoplasm (2023)
  • 著者名/発表者名: 細田 譲，名島悠峰，貞任大地，平間千津子，貞賀泰孝，近藤花織，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，島袋将志，神宮司淳史，厚井聡志，尾内大志，濱村貴史，新谷直樹，遠矢 嵩，清水啓明，小林 武，原口京子，奥山美樹、原田浩徳，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] Three cases of normal karyotype AML harboring KMT2A rearrangement detected by NGS analysis (2023)
  • 著者名/発表者名: 熱田雄也，遠矢 嵩，貞任大地，平間千津子，近藤花織，貞賀泰孝，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，小沼亮介，島袋将志，厚井聡志，神宮司淳史，細田 譲，尾内大志，濱村貴史，新谷直樹，清水啓明，名島悠峰，小林 武，原田浩徳，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] A case of donor-derived NPM1 mutated AML after unrelated bone marrow transplant for CBFB-MYH11 mutated AML (2023)
  • 著者名/発表者名: 近藤花織，遠矢 嵩，貞任大地，平間千津子，貞賀泰孝，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，島袋将志，神宮司淳史，細田 譲，厚井聡志，尾内大志，濱村貴史，新谷直樹，清水啓明，名島悠峰，小林 武，原田浩徳，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] AML with germline CEBPA mutations in the C-terminal region: A case report (2023)
  • 著者名/発表者名: 尾内大志，遠矢 嵩，貞任大地，平間千津子，近藤花織，貞賀泰孝，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，島袋将志，神宮寺淳史，細田 譲，厚井聡志，濱村貴史，新谷直樹，清水啓明，名島悠峰，小林 武，原口京子，奥山美樹，原田浩徳，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第45回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] 骨髄異形成症候群の遺伝子解析を契機に診断されたShwachman-Diamond syndrome (2023)
  • 著者名/発表者名: 片桐誠一朗，荒井勇弥，若松昇平，大月俊輔，須藤ありさ，森山 充，山田晃子，勝呂多光子，浅野倫代，吉澤成一郎，赤羽大悟，田中裕子，古屋奈穂子，藤本博昭，岡部聖一，後藤守孝，伊藤良和，原田結花，原田浩徳，後藤明彦
  • 学会等名: 第18回日本血液学会関東甲信越地方会
• [学会発表] 骨髄異形成症候群におけるミトコンドリア動態異常 (2023)
  • 著者名/発表者名: 林 嘉宏，原田浩徳
  • 学会等名: 第21回日本ミトコンドリア学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 骨髄異形成症候群患者において免疫病態合併が同種移植の予後に与える影響についての検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 新谷直樹，和田敦司，貞任大地，平間千津子，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，中島詩織，内堀雄介，尾内大志，西島暁彦，迎 純一，遠矢 嵩，清水啓明，名島悠峰，小林 武，原口京子，奥山美樹，大保木啓介，原田浩徳，坂巻 壽，大橋一輝，原田結花，土岐典子．
  • 学会等名: 第44回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] Bリンパ性急性転化した慢性好中球性白血病の１例 (2022)
  • 著者名/発表者名: 迎 純一，遠矢 嵩，貞任大地，平間千津子，元井 亨，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，中島詩織，和田敦司，内堀雄介，尾内大志，西島暁彦，新谷直樹，清水啓明，名島悠峰，小林 武，大保木啓介，原田浩徳，坂巻 壽，大橋一輝，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第44回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] 急性骨髄性白血病に対する同種移植周術期のベネトクラクス併用救援療法の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 加藤千賀，名島悠峰，貞任大地，平間千津子，酒井知史，神原康弘，小沼亮介，熱田雄也，和田敦司，村上大介，中島詩織，内堀雄介，尾内大志，西島暁彦，迎 純一，新谷直樹，遠矢 嵩，清水啓明，小林 武，大保木啓介，原田浩徳，坂巻 壽，大橋一輝，原田結花，土岐典子
  • 学会等名: 第44回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] 末梢血幹細胞採取後に発症した骨髄異形成症候群の一例 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中島詩織，遠矢 嵩，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，村上大介，熱田雄也，小沼亮介，和田敦司，内堀雄介，尾内大志，西島暁彦，迎 純一，新谷直樹，清水啓明，名島悠峰，小林 武，原田浩徳，坂巻 壽，大橋一輝，土岐典子
  • 学会等名: 第44回日本造血・免疫細胞療法学会総会
• [学会発表] HMGA2 promotes the platelet-neutrophil complexes formation and causes organizing pneumonia in myelodysplastic syndromes (2022)
  • 著者名/発表者名: 松沼菜摘，林 嘉宏，青柳泰成，新谷直樹，原田結花, 原田浩徳
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術総会
• [学会発表] HMGA2-mediated platelet activation promotes neutrophil death and causes organizing pneumonia in MDS (2022)
  • 著者名/発表者名: 林 嘉宏，松沼菜摘，青柳泰成，新谷直樹，原田結花, 原田浩徳
  • 学会等名: 第84回日本血液学会学術集会
• [学会発表] TP53 gain-of-function or non- gain-of-function mutations in adult patients with myeloid neoplasms (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐々木優李，清水啓明，貞任大地，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，和田敦司，村上大介，中島詩織，内堀雄介，濱村貴史，西島暁彦，新谷直樹，遠矢 嵩，名島悠峰，小林 武，原田結花，原田浩徳，大橋一輝，土岐典子
  • 学会等名: 第84回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Poor treatment response to azacitidine in adult myelodysplastic syndrome patients with mutated NPM1 (2022)
  • 著者名/発表者名: 尾内大志，清水啓明，貞任大地，加藤千賀，酒井知史，神原康弘，熱田雄也，小沼亮介，和田敦司，村上大介，中島詩織，内堀雄介，濱村貴史，西島暁彦，新谷直樹，遠矢 嵩，名島悠峰，小林 武，原田結花，原田浩徳，大橋一輝，土岐典子
  • 学会等名: 第84回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Identification of differentiation pathway for neutrophil-like monocytes during emergency hematopoiesis (2022)
  • 著者名/発表者名: Naoki Ikeda, Ayaka Iwata, Takashi Kamatani, Tatsuhiko Tsunoda, Yoshihiro Hayashi, Hironori Harada, Yuka Harada, Masato Tanaka, Kenichi Asano
  • 学会等名: 第51回日本免疫学会学術集会
• [図書] ここが知りたい！血液疾患診療ハンドブック、骨髄異形成症候群 (2022)
  • 著者名/発表者名: 神田善伸編、原田浩徳分担執筆
  • 総ページ数: 296
  • 出版者: 中外医学社
  • ISBN: 978-4-498-22538-1
• [図書] EBM血液疾患の治療、加齢とクローン性造血 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金倉 譲監修、原田結花，原田浩徳分担執筆
  • 総ページ数: 574
  • 出版者: 中外医学社
  • ISBN: 978-4-498-22540-4