乳がん細胞におけるエストロゲン受容体α（ERα）プロモーターのメチル化と薬剤耐性の動的変化に関する研究

背景紹介

乳がんは、世界中の女性において最も一般的ながんの一つであり、その約75％がエストロゲン受容体α（ERα、遺伝子記号ESR1）を発現しています。ERαは、乳がんの重要な予後マーカーであるだけでなく、内分泌療法の重要な標的でもあります。一般的に使用される内分泌治療薬には、アロマターゼ阻害剤（Aromatase Inhibitors, AI）、タモキシフェン（Tamoxifen）などの選択的エストロゲン受容体モジュレーター（Selective Estrogen Receptor Modulators, SERMs）、およびフルベストラント（Fulvestrant）などの選択的エストロゲン受容体分解剤（Selective Estrogen Receptor Degraders, SERDs）が含まれます。しかし、これらの薬剤を長期間使用すると、腫瘍はしばしば耐性を獲得し、治療が失敗に終わることがあります。耐性の発生は通常、ERα発現の変化と関連していますが、その具体的なメカニズムは完全には解明されていません。

近年、エピジェネティックなメカニズム、特にDNAメチル化が、遺伝子発現を調節する重要な方法の一つと考えられています。DNAメチル化は通常、遺伝子のプロモーター領域にあるCpG部位で起こり、転写因子の結合に影響を与えることで遺伝子発現を調節します。乳がんにおいて、ERαプロモーター領域のメチル化状態は、その発現レベルと密接に関連しており、腫瘍の内分泌治療への反応に影響を与える可能性があります。したがって、乳がん細胞におけるERαプロモーターのメチル化が薬剤耐性に果たす役割を研究することは、耐性メカニズムの理解と新しい治療戦略の開発にとって重要です。

論文の出典

この論文は、Juliane Albrecht、Mirjam Müller、Völundur Hafstað、Kamila Kaminska、Johan Vallon-Christersson、Gabriella Honeth、およびHelena Perssonによって共同執筆されました。彼らはスウェーデンのルンド大学（Lund University）臨床科学科の腫瘍学研究センターに所属しています。論文は2024年7月26日に受理され、2024年8月6日に『Molecular Oncology』誌にオンライン掲載されました（DOI: 10.¹⁰⁰²⁄₁₈₇₈-0261.13713）。

研究のプロセスと結果

1. 研究デザインと細胞モデル

研究チームは、6種類のERα陽性乳がん細胞株（CAMA-1、HCC1428、MCF7、T-47D、ZR-75-1、EFM-19）を使用し、フルベストラントの濃度を段階的に増加させることで、これらの細胞株の耐性サブライン（Fulvestrant-Resistant Sublines, FR）を培養しました。さらに、研究チームはフルベストラントを含まない条件下で培養した耐性サブライン（FR-F）も作成し、耐性の安定性を調査しました。これらの細胞株は、耐性、ERα発現レベル、および他の薬剤への反応において顕著な違いを示しました。

2. DNAメチル化解析

ERαプロモーター領域のメチル化状態を調査するため、研究チームはビスルファイトシーケンシング（Bisulfite Sequencing）技術を使用し、12のERαプロモーター領域にある108のCpG部位のメチル化レベルを分析しました。これらの領域は、複数の代替第一エクソン（Alternative First Exons）の転写開始部位に近接しています。ハイスループットシーケンシング（Illumina MiSeq）を用いることで、研究チームは各CpG部位のメチル化率を取得し、詳細なデータ分析を行いました。

3. メチル化とERα発現の関係

研究の結果、異なる細胞株間でERαプロモーター領域のメチル化パターンに顕著な違いがあることが明らかになりました。特に、長期的に安定した耐性を示す細胞株（ZR-75-1 FR-FおよびCAMA-1 FR-F）では、主要なプロモーター領域および最初のコード化エクソン近傍のCpG部位が高メチル化状態を示しましたが、他の細胞株ではこれらの領域はほとんど脱メチル化されていました。さらに、メチル化レベルは代替第一エクソンの発現と負の相関を示し、メチル化が局所的なクロマチンのアクセス性および転写因子の結合に影響を与えることでERα発現を調節している可能性が示唆されました。

4. 代替プロモーターの使用と乳がんの予後

研究チームはまた、乳がん腫瘍における代替第一エクソンの発現を分析しました。SCAN-B乳がんコホートのRNAシーケンシングデータを解析した結果、腫瘍は代替第一エクソンの発現パターンに基づいて異なるクラスターに分類されることがわかりました。その中でも、上流プロモーター（PromCおよびPromF）の高発現は、内分泌治療を受けた閉経後ERα陽性乳がん患者において、より不良な予後と関連していました。この発見は、代替プロモーターの使用が腫瘍の生物学的行動および患者の臨床転帰に影響を与える可能性を示唆しています。

5. CTCF結合部位とERα発現の調節

研究ではさらに、ERα遺伝子のイントロン内にある領域（Region 6）に複数のCTCF（CCCTC結合因子）結合部位が存在し、この領域のCpGメチル化レベルがERα発現と負の相関を示すことが明らかになりました。CTCFは重要な転写インスレータータンパク質であり、クロマチンリモデリングを通じて遺伝子発現を調節することができます。研究チームは、この領域がクロマチン構造を調節することでERαの発現状態に影響を与える可能性があると推測しています。

結論と意義

この研究は、乳がん細胞におけるERαプロモーターのメチル化が薬剤耐性において動的に変化することを明らかにし、メチル化と代替プロモーターの使用との関係を解明しました。研究結果は、メチル化状態の変化がERα発現を調節することで、腫瘍の内分泌治療への反応に影響を与える可能性を示しています。さらに、代替プロモーターの使用は乳がん患者の予後と密接に関連しており、臨床診断および治療における潜在的な応用価値を示唆しています。

研究のハイライト

1. 動的メチル化変化：研究は初めて、乳がん細胞におけるERαプロモーターのメチル化が薬剤耐性において動的に変化することを体系的に明らかにし、特に長期的に安定した耐性を示す細胞株における高メチル化状態を特定しました。
2. 代替プロモーターと予後：研究は、代替プロモーターの使用が乳がん患者の予後と密接に関連していることを発見し、臨床において新しい予後マーカーを提供しました。
3. CTCF結合部位の役割：研究は、CTCF結合部位がERα発現を調節する上で潜在的な役割を果たすことを明らかにし、乳がん耐性におけるクロマチンリモデリングのメカニズムをさらに研究するための新しい方向性を示しました。

その他の価値ある情報

研究チームはまた、個々のCpG部位のメチル化状態を正確に検出するためのハイスループットシーケンシングに基づくメチル化解析手法を開発しました。この手法は、今後のエピジェネティクス研究において強力なツールを提供します。

この研究は、乳がん耐性メカニズムの理解を深めるだけでなく、新しい治療戦略の開発に重要な理論的基盤を提供しています。