PRMT5が調節するDNA修復遺伝子のスプライシングが乳癌幹細胞の化学療法耐性を駆動する

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PRMT5が調節するDNA修復遺伝子のスプライシングが乳がん幹細胞の化学療法耐性を駆動する

学術的背景

乳がん幹細胞（Breast Cancer Stem Cells, BCSCs）は、乳がんの中でも稀な細胞集団であり、自己複製能、腫瘍形成能、転移能を有している。BCSCsは腫瘍の発生や進展において重要な役割を果たすが、化学療法や放射線療法に対する耐性メカニズムは未だ十分に解明されていない。化学療法や放射線療法は、通常DNA損傷を誘導することでがん細胞を死滅させるが、BCSCsはDNA修復能力を強化することでこれらの治療に抵抗する。したがって、BCSCsがどのようにDNA修復メカニズムを通じて化学療法に抵抗するかを理解することは、新しい治療戦略の開発にとって極めて重要である。

PRMT5（Protein Arginine Methyltransferase 5）は、アルギニンメチル化酵素の一種であり、RNAスプライシング、DNA修復、遺伝子発現調節など、さまざまな細胞プロセスに関与している。PRMT5は多くのがん種で発現が上昇しており、腫瘍の進行や予後不良と関連している。これまでの研究では、PRMT5がBCSCsにおいて高発現しており、BCSCsの生存や自己複製に重要な役割を果たすことが示されている。しかし、PRMT5がどのようにDNA修復遺伝子のスプライシングを調節し、BCSCsの化学療法耐性に影響を与えるかは未解明のままであった。

論文の出典

この論文は、Matthew S. Gillespie、Kelly Chiang、Gemma L. Regan-Mochrieら研究者によって共同で執筆され、研究チームは英国バーミンガム大学（University of Birmingham）の癌とゲノム科学科に所属している。論文は2024年に『Oncogene』誌に掲載され、DOIは10.1038/s41388-024-03264-1である。

研究の流れと結果

1. BCSCsはDNA修復を強化することでDNA損傷剤に抵抗する

研究ではまず、フローサイトメトリーおよびアノイキス耐性（anoikis-resistance, AR）法を用いて、MCF7乳がん細胞株からBCSCsを分離した。実験の結果、BCSCsはシスプラチン（cisplatin）や電離放射線（ionizing radiation, IR）に対してより強い耐性を示すことが明らかになった。53BP1フォーカスのクリアランス速度を分析することで、BCSCsがシスプラチン誘導性のDNA二本鎖切断（double-strand breaks, DSBs）をより迅速に修復することが示された。これは、BCSCsがDNA損傷応答（DNA Damage Response, DDR）能力を強化していることを示唆している。

2. PRMT5はBCSCsのDNA修復と化学療法耐性を促進する

PRMT5の高発現は、BCSCsの化学療法耐性と密接に関連している。shRNAを用いたPRMT5のノックダウン実験により、PRMT5の欠失がBCSCsのシスプラチンおよびIRに対する感受性を著しく増加させることが明らかになった。さらに、PRMT5阻害剤GSK3203591（GSK591）を用いてBCSCsを処理すると、細胞の化学療法感受性が顕著に増加した。追加の実験により、PRMT5のメチル化酵素活性がBCSCsの化学療法耐性において重要な役割を果たしていることが示された。

3. PRMT5はDNA修復遺伝子のスプライシングを調節する

PRMT5は、DNA修復タンパク質のメチル化だけでなく、RNAスプライシングを調節することでDNA修復遺伝子の発現に影響を与える。RNAシーケンシング（RNA-seq）解析により、PRMT5阻害剤GSK591処理後のBCSCsにおいて、多数の差異スプライシングイベント（differential splicing events, DSEs）が発生することが明らかになった。特に、DNA修復に関連する遺伝子において、エクソンスキップ（skipped exons, SE）やイントロン保持（retained introns, RI）が多く観察され、非標準的なスプライシングアイソフォームが生成されることで、DNA修復タンパク質の機能が影響を受けることが示された。

4. PRMT5阻害によるスプライシング変化と遺伝子発現変化の関係

PRMT5阻害は多くのスプライシング変化を引き起こすが、これらの変化は遺伝子の全体的な発現レベルには大きな影響を与えない。研究チームは、PRMT5阻害がイントロン保持転写産物を核内に滞留させ、非標準的なスプライシングアイソフォームを生成することを明らかにした。これらの結果は、PRMT5がスプライシングを調節することでDNA修復タンパク質の機能に影響を与えることを示唆している。

5. BCSCsと腫瘍細胞集団におけるPRMT5のスプライシング調節の違い

研究チームは、PRMT5阻害がBCSCsと腫瘍細胞集団においてどのように異なるスプライシング調節を行うかを比較した。両者ともDNA修復遺伝子のスプライシング変化を示したが、BCSCsではより特異的なスプライシングイベントが観察され、PRMT5阻害に対する感受性が低いことが明らかになった。これは、BCSCsが高レベルのPRMT5発現とスプライシング調節を通じてDNA修復能力と化学療法耐性を強化していることを示している。

結論と意義

この研究は、PRMT5がBCSCsの化学療法耐性において重要な役割を果たすことを明らかにし、特にDNA修復遺伝子のスプライシングを調節することでDNA修復能力を強化するメカニズムを解明した。PRMT5阻害は、BCSCsの化学療法薬に対する感受性を著しく増加させ、特にDNA損傷剤との併用によりBCSCsのアポトーシスを効果的に促進することが示された。この発見は、新しい乳がん治療戦略の開発に重要な理論的基盤を提供するものである。

研究のハイライト

  1. PRMT5がDNA修復遺伝子のスプライシングを調節：PRMT5はDNA修復遺伝子のスプライシングを調節することで、BCSCsのDNA修復能力を強化し、化学療法耐性を引き起こす。
  2. PRMT5阻害が化学療法感受性を増加：PRMT5阻害は、BCSCsのシスプラチンおよびIRに対する感受性を著しく増加させ、特にDNA損傷剤との併用によりBCSCsを効果的に死滅させる。
  3. スプライシング変化と遺伝子発現変化の分離：PRMT5阻害によるスプライシング変化は、遺伝子の全体的な発現レベルには大きな影響を与えず、非標準的なスプライシングアイソフォームの生成を通じてDNA修復タンパク質の機能に影響を与える。
  4. BCSCsと腫瘍細胞集団におけるスプライシング調節の違い：BCSCsはPRMT5阻害に対する感受性が低く、高レベルのPRMT5発現とスプライシング調節を通じてDNA修復能力と化学療法耐性を強化している。

研究の価値

この研究は、PRMT5がBCSCsの化学療法耐性において重要な役割を果たすことを明らかにし、新しい乳がん治療戦略の開発に重要な理論的基盤を提供した。PRMT5阻害剤とDNA損傷剤の併用により、化学療法耐性を持つBCSCsを効果的に死滅させ、乳がん患者の長期生存率を向上させる可能性がある。さらに、この研究は、PRMT5が他のがん幹細胞においても同様の機能を果たすかどうかを探る新たな研究方向を提供するものである。