2019 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of metabolic reprogramming induced by cellular environment and its application to control hepato-carcinogenesis
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18H02798
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
佐々木 裕 熊本大学, 病院, 非常勤診療医師 (70235282)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
長岡 克弥 熊本大学, 病院, 特任助教 (00759524)
渡邊 丈久 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 助教 (20634843)
直江 秀昭 熊本大学, 病院, 講師 (30599246)
荒木 令江 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 准教授 (80253722)
藤元 治朗 兵庫医科大学, 医学部, 特別招聘教授 (90199373)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 原発性肝癌 / 代謝リプログラミング / マルチオミクス解析 / 治療抵抗性 / ヒストン脱メチル化酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
外的環境に適応した代謝リプログラミングが、原発性肝癌（以下、肝癌）の増殖進展や治療抵抗性獲得にどのように関与するかを検討している。具体的には、切除不能肝癌に対する分子標的治療薬であるマルチキナーゼ阻害薬ソラフェニブ（SFN）耐性のヒト肝癌細胞株を樹立し、マルチオミクス解析から、メチオニン回路とリン脂質生合成の鍵遺伝子の発現上昇ならびに関連代謝物サルコシンの増加を明らかにした。さらに細胞内エネルギーが生存シグナルPI3K-Akt-mTOR経路を介して調節する遺伝子発現が、SFN耐性株においてはSFN感受性株に比して変化していることを見出した。
一方、これまでの研究では、三次元培養下ヒト肝癌細胞スフェロイドに低酸素負荷を加えると、ヒストン脱メチル化酵素LSD1ならびにLSD2のmRNA発現は増加したが、SFN耐性肝癌細胞株を用いたスフェロイドでは、それぞれのmRNA発現上昇は認められず、外的環境に対する代謝リモデリングが、治療抵抗性を獲得しているSFN耐性株では感受性株に比して変化していることを明らかにした。
さらに肝癌細胞におけるLSD1/ 2の役割を調べるために、ノックアウト（KO）マウスを準備した。LSD1ノックアウトマウスは胎生致死のため、LSD2KOマウスを準備した。LSD2KOマウスに高脂肪食を負荷し体重の推移を調べたところ、野生型マウスに比べて体重増加は抑制された。加えてLSD2KOマウス肝の cDNAマイクロアレイを行い、脂肪酸・脂質代謝に関わる遺伝子群の発現上昇を確認した。現在、肝癌細胞株Hepa1-6を用いたLSD2-KOマウス肝癌モデルを作製中である。
今後、ヒストン脱メチル化酵素LSD2による代謝リプログラミングの観点から、肝癌における治療抵抗獲得機序と低酸素、低エネルギー、高血糖など細胞環境の変化との関連を検証する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
肝癌が治療抵抗性を獲得する際に生じるダイナミックな遺伝子発現変化とそれに伴う細胞内代謝物の変化を捉え、複数の候補分子ならびに候補代謝物を前年度に見いだした。2019年度はこれを受け、SFN耐性肝癌細胞において、生存シグナルPI3K-Akt-mTOR経路を介した代謝リプログラミングが生じている可能性を見出した。
さらにヒストン脱メチル化酵素LSD2のKOマウス肝の解析から、LSD2がin vivoにおいて脂質代謝制御に関連している可能性を確認した。さらにLSD2は高血糖下において発現が上昇し、その制御には生存シグナルPI3K-Akt-mTOR経路の下流SREBP-1が関与している可能性を示すpreliminaryなデータを得ており、今後これらの変化による肝発癌増殖進展機序との関連、ならびに治療耐性化機序の詳細を、肝癌マウスモデルならびに臨床サンプルを用いて詰めていく予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
肝発癌増殖進展、治療抵抗性の獲得のために、肝癌細胞が外的環境に適応しつつ代謝リプログラミングを行うというダイナミックな生物学的特性を明らかにするため、当初の計画に沿って各々の責任分子群ならびに代謝動態の変化を同定する。2018年度、2019年の研究経過から、肝癌治療抵抗性獲得において脂質代謝、生存シグナル経路など特定の代謝経路、シグナル伝達経路といった責任経路の絞り込みができている。引き続き疾患メタボライトを担う代謝関連酵素、転写因子、それらを制御するヒストン修飾酵素の同定を目指し、これらの変化が、肝発癌増殖進展機序や分子標的治療に対する耐性化機序に及ぼす役割を、2次元SDS-PAGE、メタボローム解析、qPCR arrayなどを用いて多面的に解析し、最終的には代謝リプログラミングの制御を介した肝発癌予防や治療成績の向上に向けた戦略の構築を目指す。
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