| 研究課題/領域番号 |
24240071
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| 研究機関 | 滋賀医科大学 |
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研究代表者 |
犬伏 俊郎 滋賀医科大学, 分子神経科学研究センター, 非常勤講師 (20213142)
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| 研究期間 (年度) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | がん / グルコース / 乳酸 / 炭素ー１３ / NMR / 代謝 / ｐH |
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| 研究概要 |
ゲノム情報が明らかになり、その遺伝子をもとに産生する代謝産物の生体内部での時間的、空間的な振舞いを観察することは、様々な疾患において重要な病態変動や治療効果を知る上で重要となる。近年、プロテオミクスやメタボロームなどシステムレベルでの解析から、生体の特異な機能を発現するバイオマーカー分子の探索が始まり、同定された分子が生体内のどこで、いつ、どのように働くかを調べて、初めてその重要性が評価できるといえる。ことに最近のがん研究は遺伝子変異の解析から代謝メカニズムの解明へと変遷しつつある。本課題では核磁気共鳴（MR）法を用い、生体システムにおける腫瘍組織における代謝産物をMRスペクトル法により検出し、MRの形態画像やがんマーカーとしての抗体などの集積部位と比較しながら、がんの病理を総合的に理解するとともに、これらの情報をがんの治療や診断技術に応用することを目指すものである。
MR法の繰り返し計測の特性を生かして、特定化学物質の生体内での化学変化が経時的に必要な時間の間、追跡を継続できる。我々は低感度核でありながら、有機代謝産物の骨格を形成するC-13核に着目し、この原子に結合した検出感度の高いH-1核のMR信号を利用する高感度C-13MRの計測法、多量子コヒレンスMRスペクトロスコピー（Heteronuclear Multiple Quantum Coherence: HMQC）法を確立し、マウスやラットの腫瘍組織内でのC-13標識グルコースの代謝解析に応用している。その結果、がんのグルコース代謝過程において産生する乳酸レベルが、グルコース代謝に関わる酵素の阻害や、最終産物である乳酸の蓄積を制御するプロトンポンプ活性への介入により顕著な影響受け、細胞内外におけるｐHのバランスを崩していることが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
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
初年度に作製したH-1核によるC-13核の間接検出のためのMR信号検出器とHMQCパルス系列の最適化が進展し、マウスやラットを用いて腫瘍モデルを作製し、腫瘍代謝解析実施の基盤が確立した。これにより、代謝解析に必要なMRデータの蓄積が進んでいる。
腫瘍におけるグルコース代謝過程において、ピルビン酸キナーゼのアイソフォームPKM2は、ピルビン酸をエネルギー生産のためにTCA回路へ搬出するか 、乳酸還元酵素LDHにより乳酸を産生するかの振り分の役割を果たしている。この酵素を阻害するアラニンを投与すると、HMQC法では乳酸の生成抑制が観察されるものの、出発物質のグルコースのレベルはあまり変化がなかった。この代謝反応は、2-コンパートメントモデルによるPK-PD解析からも理論的に裏付けられ、PKM2の阻害は乳酸産生の抑制とともに、解糖系以外の代謝、すなわち、アミノ酸や脂質の合成、あるいは、ペントースリン酸経路への分岐が増大することが示唆された。これとは逆にPKM2の活性剤を投与すると、期待とは裏腹に乳酸産生が抑制されることが分かった。
このようにしてがん組織におけるグルコースの乳酸に至る代謝過程とｐH制御や酵素反応の阻害剤による影響を解析することから、がんの効果的な治療に関する情報が得られるものと期待される。
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| 今後の研究の推進方策 |
HMQC法によるがん組織でのグルコース代謝が、代謝経路内の酵素活性の阻害によってその産物である乳酸産生に鋭敏に反映されることが明らかとなった。この効果を利用して、がんのグルコース代謝過程において産生する乳酸を標的にがんの代謝評価とその撹乱を詳しく解析する。そこで、まず細胞内のｐH を制御する(i)プロトンポンプ活性、主としてモノカルボン酸トランスポーター（MCT）とNa+/H+交換輸送体(NHE1)に焦点を当て、その阻害によるグルコース取り込みや乳酸生成への影響を調べるとともに、細胞内外のｐHを３1P NMRスペクトルの無機リン酸の化学シフトでモニターする。
これらのがんのグルコース代謝の乳酸レベルによる評価から、がん治療へのヒントをさぐるとともに、がんの診断や治療効果の判定に利用できる、乳酸のMRイメージング法の開発を行う。
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