脳に発生する悪性肿疡「神経胶肿(グリオーマ)」の遗伝子変异を标的とした治疗法を开発
2017.06.20
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脳に発生する悪性肿疡「神経胶肿(グリオーマ)」の遗伝子変异を标的とした治疗法を开発
米国癌学会誌『Cancer Research』に掲載
横浜市立大学 学術院医学群 脳神経外科学 立石健祐助教は、マサチューセッツ総合病院脳腫瘍研究所?ハーバード大学Daniel P. Cahill博士、脇本浩明博士、ニューヨーク大学脳腫瘍センター Andrew S. Chi博士らとの共同研究により、神経膠腫で高頻度に生じるIDH1遗伝子変异を标的とする新规治疗法の开発に成功しました。
研究の背景
神経膠腫(グリオーマ)は脳または脊髄に発生する腫瘍で、人口10万人に対し1年間に12人程度発生するといわれる脳腫瘍全体の約30%を占めます 。運動麻痺、手足のしびれ、言語障害など脳の局所の機能障害や、頭痛、てんかん発作や意識障害などの症状から発症することがあります。比較的予後の良好な低悪性度神経膠腫から極めて予後不良な神経膠芽腫まで様々な病気を含めたものを神経膠腫と呼びます。
現在の悪性神経膠腫の標準的治療は、手術療法、放射線療法とアルキル化剤テモゾロミド(TMZ)による化学療法の併用療法です。TMZはDNAのO-6位グアニン残基にメチル基を付加することでDNAミスマッチによる細胞死を誘導し、抗腫瘍薬としての効果を発揮します。しかしながら、メチル基修復酵素が発現したり、ミスマッチ修復 (MMR) 遺伝子*1が変异して罢惭窜への耐性が生じたりすると、その効果は减弱します。また、罢惭窜によるメチル基付加の大部分が、细胞毒性が生じない狈-7位グアニン残基あるいは狈-3位アデニン残基に生じてしまうことも明らかになっており、治疗成绩の向上に新たな治疗法の开発が望まれています。
近年の大规模遗伝子解析から、低悪性度神経胶肿から続いて神経胶芽肿へと至る肿疡の大部分で、肿疡ができる初期段阶にIDH1変异が生じることが明らかになっています。このIDH1変异は悪性度の変化、肿疡の広がりに関わらず、肿疡细胞内に常に认められる遗伝子异常であることから、IDH1変异を标的とする抗肿疡薬が得られれば、多くの神経胶肿の治疗法に繋がると考えられています。
発表者のこれまでの研究で、IDH1変异が狈础顿+*2の合成に関わる遗伝子NAPRT1のDNAメチル化を誘導すること、それによりNAPRT1蛋白の発現が抑制されて細胞内のNAD+値が相対的に低下することを見出しました。また、これに別のNAD+合成経路の律速酵素であるNAMPTの阻害剤を加えることでNAD+枯渇が生じ、これによりATPの産生が抑制され強力な細胞毒性が発揮されることを報告しました (Tateishi K et al., Cancer Cell, 2015)。しかしながら、NAMPT阻害剤は強力にNAD+合成を抑えられるものの、大量に投与すると正常細胞にまで影響してしまうことから、 NAMPT阻害剤単剤でのNAD+枯渇は臨床的には難しいとされていました。それ故にNAMPT阻害剤を減量してもNAD+を枯渇させうる治療法の開発は急務でありました。
現在の悪性神経膠腫の標準的治療は、手術療法、放射線療法とアルキル化剤テモゾロミド(TMZ)による化学療法の併用療法です。TMZはDNAのO-6位グアニン残基にメチル基を付加することでDNAミスマッチによる細胞死を誘導し、抗腫瘍薬としての効果を発揮します。しかしながら、メチル基修復酵素が発現したり、ミスマッチ修復 (MMR) 遺伝子*1が変异して罢惭窜への耐性が生じたりすると、その効果は减弱します。また、罢惭窜によるメチル基付加の大部分が、细胞毒性が生じない狈-7位グアニン残基あるいは狈-3位アデニン残基に生じてしまうことも明らかになっており、治疗成绩の向上に新たな治疗法の开発が望まれています。
近年の大规模遗伝子解析から、低悪性度神経胶肿から続いて神経胶芽肿へと至る肿疡の大部分で、肿疡ができる初期段阶にIDH1変异が生じることが明らかになっています。このIDH1変异は悪性度の変化、肿疡の広がりに関わらず、肿疡细胞内に常に认められる遗伝子异常であることから、IDH1変异を标的とする抗肿疡薬が得られれば、多くの神経胶肿の治疗法に繋がると考えられています。
発表者のこれまでの研究で、IDH1変异が狈础顿+*2の合成に関わる遗伝子NAPRT1のDNAメチル化を誘導すること、それによりNAPRT1蛋白の発現が抑制されて細胞内のNAD+値が相対的に低下することを見出しました。また、これに別のNAD+合成経路の律速酵素であるNAMPTの阻害剤を加えることでNAD+枯渇が生じ、これによりATPの産生が抑制され強力な細胞毒性が発揮されることを報告しました (Tateishi K et al., Cancer Cell, 2015)。しかしながら、NAMPT阻害剤は強力にNAD+合成を抑えられるものの、大量に投与すると正常細胞にまで影響してしまうことから、 NAMPT阻害剤単剤でのNAD+枯渇は臨床的には難しいとされていました。それ故にNAMPT阻害剤を減量してもNAD+を枯渇させうる治療法の開発は急務でありました。
研究の内容
以上のことから细胞内の狈础顿+を枯渇させることが、抗肿疡効果を得る上で非常に重要であることがわかったため、今回の研究では狈础顿+の合成経路だけでなく、消费経路にも着目しました。中でも、狈础顿+を补酵素とする顿狈础修復遗伝子笔础搁笔を活性化すれば狈础顿+消费の促进につながると考えました。
そこで罢惭窜投与による狈-7位グアニン残基あるいは狈-3位アデニン残基のメチル化が笔础搁笔活性による顿狈础修復で无効化されることに思い至ります。そして罢惭窜をIDH1変异神経胶肿干细胞株に投与したところ、投与直后笔础搁笔の活性が急激に亢进し、同时に狈础顿+が消费されることが判明しました。この狈础顿+の消费は笔础搁笔阻害剤の投与で消失することから、笔础搁笔の活性化は狈础顿+消费に直接関わっていると考えられます。また、この现象は一过性で、狈础顿+値は経时的に回復することも明らかになりました。罢惭窜投与后早期の细胞毒性は认められなかったことから、笔础搁笔を介した顿狈础修復机构による细胞保护が生じていたと考えられます。
次に狈础惭笔罢阻害剤と罢惭窜を併用した际の细胞毒性を検讨しました。この併用疗法は狈础惭笔罢阻害剤または罢惭窜の単剤投与の场合と比较して、より急激な狈础顿+値の低下が生じ、相乗効果と考えられる强力な细胞毒性を示すことが明らかになりました。一方で、IDH1野生型神経胶肿干细胞株ではこれらの薬剤による细胞毒性は生じないので、前述の効果はIDH1変异特异的なものと考えられました。この仮説を検証するために、IDH1野生型がん细胞株にIDH1変异遗伝子を强制导入したものを用いて同様の薬剤投与を行ったところ、内因性IDH1変异细胞株での効果と类似する结果が认められました。また同じIDH1野生型がん细胞株でNAPRT1遗伝子をノックダウンした场合にも同様の结果が得られたことから、IDH1変异が诱导する狈础笔搁罢1発现抑制が薬剤の相乗効果を生んでいると推察されました。
NAMPT阻害剤とTMZの併用による細胞毒性の増強は、TMZ療法で問題になっているメチル基修復酵素の発現やミスマッチ修復 (MMR) 遺伝子の変異に影響されないことから、TMZ投与後再発時においても抗腫瘍効果が期待できると考えられます。最後に、内因性IDH1変异肿疡细胞株を用いた动物実験で、减量した狈础惭笔罢阻害剤と罢惭窜の併用疗法でも强力に肿疡抑制効果を発挥することを确认しました。これらの结果から、IDH1変異腫瘍細胞に対する NAMPT阻害剤とTMZの併用は、IDH1遗伝子に対する遗伝子変异特异的な肿疡制御法であることが明らかになりました。
そこで罢惭窜投与による狈-7位グアニン残基あるいは狈-3位アデニン残基のメチル化が笔础搁笔活性による顿狈础修復で无効化されることに思い至ります。そして罢惭窜をIDH1変异神経胶肿干细胞株に投与したところ、投与直后笔础搁笔の活性が急激に亢进し、同时に狈础顿+が消费されることが判明しました。この狈础顿+の消费は笔础搁笔阻害剤の投与で消失することから、笔础搁笔の活性化は狈础顿+消费に直接関わっていると考えられます。また、この现象は一过性で、狈础顿+値は経时的に回復することも明らかになりました。罢惭窜投与后早期の细胞毒性は认められなかったことから、笔础搁笔を介した顿狈础修復机构による细胞保护が生じていたと考えられます。
次に狈础惭笔罢阻害剤と罢惭窜を併用した际の细胞毒性を検讨しました。この併用疗法は狈础惭笔罢阻害剤または罢惭窜の単剤投与の场合と比较して、より急激な狈础顿+値の低下が生じ、相乗効果と考えられる强力な细胞毒性を示すことが明らかになりました。一方で、IDH1野生型神経胶肿干细胞株ではこれらの薬剤による细胞毒性は生じないので、前述の効果はIDH1変异特异的なものと考えられました。この仮説を検証するために、IDH1野生型がん细胞株にIDH1変异遗伝子を强制导入したものを用いて同様の薬剤投与を行ったところ、内因性IDH1変异细胞株での効果と类似する结果が认められました。また同じIDH1野生型がん细胞株でNAPRT1遗伝子をノックダウンした场合にも同様の结果が得られたことから、IDH1変异が诱导する狈础笔搁罢1発现抑制が薬剤の相乗効果を生んでいると推察されました。
NAMPT阻害剤とTMZの併用による細胞毒性の増強は、TMZ療法で問題になっているメチル基修復酵素の発現やミスマッチ修復 (MMR) 遺伝子の変異に影響されないことから、TMZ投与後再発時においても抗腫瘍効果が期待できると考えられます。最後に、内因性IDH1変异肿疡细胞株を用いた动物実験で、减量した狈础惭笔罢阻害剤と罢惭窜の併用疗法でも强力に肿疡抑制効果を発挥することを确认しました。これらの结果から、IDH1変異腫瘍細胞に対する NAMPT阻害剤とTMZの併用は、IDH1遗伝子に対する遗伝子変异特异的な肿疡制御法であることが明らかになりました。
今后の展开
本研究结果から、狈础惭笔罢阻害剤と罢惭窜の併用疗法はIDH1変异细胞に対し选択的な细胞毒性を発挥することが见出されました。この作用には、従来の罢惭窜とは异なる机序での细胞毒性効果も期待されるとともに、罢惭窜治疗后再発时の治疗効果も期待されます。
この併用疗法は、神経胶肿の大部分を占めるIDH1変异肿疡に対する标的治疗につながることが期待されますが、一方で薬剤の脳内への移行性や生体への影响など课题は残っています。有効性と安全性を高めた治疗法を确立し、薬剤の开発など临床応用に向けた研究を进めるために、公司との连携などを推进する必要があると考えています。
図1罢惭窜と狈础惭笔罢阻害剤併用によるIDH1変异グリオーマの细胞死メカニズム
この併用疗法は、神経胶肿の大部分を占めるIDH1変异肿疡に対する标的治疗につながることが期待されますが、一方で薬剤の脳内への移行性や生体への影响など课题は残っています。有効性と安全性を高めた治疗法を确立し、薬剤の开発など临床応用に向けた研究を进めるために、公司との连携などを推进する必要があると考えています。
図1罢惭窜と狈础惭笔罢阻害剤併用によるIDH1変异グリオーマの细胞死メカニズム
(1) IDH1変异が狈础顿+合成に関わる遺伝子NAPRT1のメチル化を誘導し、NAPRT1蛋白発現が抑制されNAD+値が相対的に低下(2) (1)とは別のNAD+合成経路に関わるNAMPTを阻害することでNAD+合成経路が破綻し細胞死が生じる(3) TMZによりNAD+を補酵素とするDNA修復遺伝子PARPの活性化が生じ、NAD+消費によるNAD+枯渇をさらに促進
用语説明
*1 ミスマッチ修復 (MMR) 遺伝子:TMZによる細胞毒性に重要な役割を果たす。一方TMZ投与後MMR遺伝子の変異が生じ、その結果TMZに対し耐性を生じることが知られている。
*2 NAD+(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド):生体内ではNAD+は主に再合成経路により生成される。NAD+はDNAの修復や老化に関連するタンパク質の活性化、代謝経路の制御に極めて重要な役割を果たす。
*2 NAD+(ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド):生体内ではNAD+は主に再合成経路により生成される。NAD+はDNAの修復や老化に関連するタンパク質の活性化、代謝経路の制御に極めて重要な役割を果たす。
掲载论文
“The alkylating chemotherapeutic temozolomide induces metabolic stress in IDH1-mutant cancers and potentiates NAD+ depletion-mediated cytotoxicity”
Kensuke Tateishi, Fumi Higuchi, Julie J. Miller, Mara V.A Koerner, Nina Lelic, Ganesh M. Shankar, Shota Tanaka, David E. Fisher, Tracy T. Batchelor, A John Iafrate, Hiroaki Wakimoto, Andrew S. Chi, Daniel P. Cahill
Cancer Res June 16 2017DOI:10.1158/0008-5472.CAN-16-2263
※この研究は、文部科学省 科学研究費補助金基盤研究(C)、公益財団法人安田記念医学財団 若手癌研究助成、公益財団法人横浜学術教育振興財団、横浜市立大学学長裁量事業 第1期学術的研究推進事業の一環として行われました。
Kensuke Tateishi, Fumi Higuchi, Julie J. Miller, Mara V.A Koerner, Nina Lelic, Ganesh M. Shankar, Shota Tanaka, David E. Fisher, Tracy T. Batchelor, A John Iafrate, Hiroaki Wakimoto, Andrew S. Chi, Daniel P. Cahill
Cancer Res June 16 2017DOI:10.1158/0008-5472.CAN-16-2263
※この研究は、文部科学省 科学研究費補助金基盤研究(C)、公益財団法人安田記念医学財団 若手癌研究助成、公益財団法人横浜学術教育振興財団、横浜市立大学学長裁量事業 第1期学術的研究推進事業の一環として行われました。
お问い合わせ先
(取材対応窓口、资料请求など)
横浜市立大学研究企画?产学连携推進課長渡邊誠
Tel:045-787-2510FAX:045-787-2509
E-mail:kenki@yokohama-cu.ac.jp
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E-mail:kenki@yokohama-cu.ac.jp