前立腺がん治療におけるHSP90AB1とPARP1の標的化による抗癌効果の強化

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前立腺がん HSP90AB1 PARP1 オラパリブ 細胞生存 PI3K/AKT経路 併用療法

前立腺癌細胞におけるHSP90AB1とPARP1の協同標的抑制の治療可能性：CelastrolとOlaparib併用療法の研究レビュー

背景紹介

前立腺癌（Prostate Cancer, PCA）は、世界的に男性に多く見られる悪性腫瘍の一つであり、近年では発症率が増加し続けている。このような癌の早期スクリーニングと治療法は特に重要である。前立腺癌の発症原因と病理表現は複雑で、多くの遺伝子、環境、生活習慣要因が相互に作用している。しかし、検査と治療において一定の進展があったにもかかわらず、前立腺癌は依然として高い再発率と悪い生存予期に直面しており、特に去勢抵抗性の後期前立腺癌（Castration-Resistant Prostate Cancer, CRPC）患者において、治療の難易度はさらに増している。現行の治療法、例えばアンドロゲン枯渇療法（Androgen Deprivation Therapy, ADT）は、治療初期には通常効果的であるが、耐性の出現と共にその有効性が徐々に低下していく。このため、現行薬物の限界を突破し、有効な新たな治療戦略を模索することが研究のホットトピックとなっている。

遺伝子および分子メカニズムの研究において、熱ショックプロテイン90（Heat Shock Protein 90, HSP90）ファミリーのメンバーであるHSP90AB1が、細胞内のタンパク質の恒常性とタンパク質折りたたみに重要な役割を果たし、その過剰発現が多くの実体腫瘍の発生に密接に関連していることが発見された。また、ポリADPリボースポリメラーゼ1（PARP1）は前立腺癌細胞で顕著に高発現しており、DNA修復過程における重要な酵素として、その活性を抑制することで癌細胞のアポトーシスを誘導できる。PARP阻害剤オラパリブ（Olaparib）は、DNA修復欠陥のある癌細胞において顕著な抗癌作用を示すことから注目されており、特にBRCA変異の癌に対して効果がある。しかし、単一治療は耐性などの要因によって制限を受けるおそれがあり、併用標的治療が治療効果を高める有効な戦略かもしれない。

研究の概要と方法

本研究は、貴陽大学、遵義医科大学附属病院、および貴州工学院の研究チームにより完了し、2024年の《Cancer Cell International》に発表されました。研究は主に、前立腺癌におけるHSP90AB1とPARP1の発現状況とその細胞耐性への影響を探求し、さらにHSP90阻害剤CelastrolとPARP阻害剤Olaparibの併用による前立腺癌治療効果、特に前立腺癌細胞の生存、移動および増殖の抑制における潜在能力を研究しました。さらに、研究チームはマウス移植腫瘍モデルを構築し、体内における二つの薬物の協同抗腫瘍作用を検証しました。

研究方法とプロセス

  1. 遺伝子発現分析：研究チームは癌ゲノム図譜（The Cancer Genome Atlas, TCGA）からHSP90AB1とPARP1の発現データを取得し、R2データプラットフォームとGEPIAデータベースを通じて様々な癌タイプと前立腺腺癌（PRAD）における発現レベルを分析しました。結果は、HSP90AB1とPARP1が前立腺癌細胞で顕著に高発現しており、その高発現は患者の低生存率と関連していることを示しました。

  2. 細胞実験：研究では、RWPE-1、22RV1、PC3、DU145などの前立腺癌細胞株を選び、ウェスタンブロッティングおよびコロニー形成実験でHSP90AB1とPARP1の過剰発現を検証しました。さらにHSP90AB1がPARP阻害剤感受性に与える影響を探求するため、研究チームはショートヘアピンRNA（shRNA）を用いてHSP90AB1遺伝子をノックダウンし、HSP90AB1の抑制が前立腺癌細胞のOlaparibに対する感受性を顕著に増加させることを発見しました。

  3. CelastrolおよびOlaparibの併用治療効果：実験では、コロニー形成実験、スクラッチ実験、EdU蛍光染色およびCCK-8細胞増殖検出を通じて、CelastrolおよびOlaparibの併用治療が前立腺癌細胞の増殖、移動および活力に与える影響をさらに探求しました。結果は、二つの薬剤の併用治療が前立腺癌細胞のクローン形成能力、移動速度および増殖活性を顕著に抑制することを示しました。

  4. DNA損傷検出：研究チームはγH2AX免疫蛍光染色およびアルカリコメットアッセイを通じてDNA損傷を検出し、CelastrolとOlaparib併用処理後、DNA二重鎖断裂マーカーγH2AXが顕著に増加し、併用薬がDNA損傷を蓄積し、細胞死を強化することを示しました。

  5. シグナル経路分析：研究ではさらに、CelastrolとOlaparibの併用治療がPI3K/AKTシグナル経路に与える影響を探求しました。ウェスタンブロット結果は、CelastrolとOlaparibの併用処理がPI3KおよびAKTのリン酸化レベルを顕著に低下させ、この経路が併用治療中に抑制され、癌細胞に対する治療の感受性をさらに強化する可能性があることを示唆しました。

  6. 体内移植腫瘍モデル：マウス移植腫瘍実験を通じて、併用薬の抗腫瘍効果を検証しました。結果は、単独の薬剤群と比較して、CelastrolとOlaparibの併用治療群のマウスの腫瘍体積および重量が顕著に低下し、明確な毒性反応が見られなかったことを示しました。この体内実験の結果は、二者併用の治療可能性をさらに支持します。

データ分析

全ての実験結果はGraphPad Prismソフトウェアを用いて統計解析が行われ、t検定および分散分析（ANOVA）を用いてデータの有意性が評価されました。研究におけるP値が0.05未満の場合、統計的意味があると見做されます。

研究結果と考察

  1. HSP90AB1とPARP1の過剰発現：研究は、HSP90AB1とPARP1が前立腺癌細胞株で顕著に高発現しており、患者の低生存率と負の相関を示すことを発見しました。これは、これらの二種のタンパク質が前立腺癌細胞の生存、移動、および耐性において重要な役割を果たしている可能性を示唆しています。

  2. CelastrolはOlaparibの効果を増強：Celastrolの加入はOlaparibの抗癌効果を顕著に増強し、細胞増殖、移動、および生存率が顕著に減少しました。この組み合わせは、DNA損傷効果を強化し、癌細胞の協調的抑制効果を達成しました。

  3. PI3K/AKTシグナル経路の抑制：Celastrolの加入は、PI3K/AKT経路の活性を効果的に低下させ、この経路の抑制が癌細胞のOlaparibに対する耐性を減少させ、併用治療の効果をさらに高める可能性があると推測されています。

  4. 体内抗腫瘍効果の検証：マウス移植腫瘍モデルでは、CelastrolとOlaparibの併用療法のグループで腫瘍成長速度が顕著に低下し、明確な毒性反応を示さず、優れた体内抗腫瘍効果を示しました。

結論と研究の意義

本研究は、前立腺癌細胞におけるHSP90AB1とPARP1の協同作用を明らかにしました。CelastrolとOlaparibの組み合わせ治療は多々の経路を通じて、特にDNA損傷の増強とPI3K/AKT経路の抑制において、注目に値する協調効果を示しました。単一のOlaparib治療と比較して、組み合わせ投薬はより強力な抗癌効果を示しました。この発見は、前立腺癌の治療に新たな標的案を提供し、特に単一薬物耐性を示す癌細胞に新しい治療選択をもたらします。

研究ハイライト

  • 本研究は初めて、HSP90AB1とPARP1が前立腺癌において協同治療可能性を体系的に示しました。
  • CelastrolとOlaparibの併用投薬は、多くのメカニズムを通じて癌細胞の感受性を強化し、腫瘍の成長を効果的に抑制しました。
  • 併用治療におけるPI3K/AKT経路の抑制効果は著しく、将来の耐性薬開発に重要な参考を提供します。

まとめ

CelastrolとOlaparibの併用は前立腺癌の治療において顕著な潜在能力を示しました。研究結果は前立腺癌の標的治療に新しい観点を提供し、将来のHSP90およびPARP1に基づく併用治療法の設計に役立ち、単一薬物療法の耐性問題に対処し、前立腺癌患者の臨床予後を改善する助けとなるでしょう。