PAF1/HIF1α軸は糖酵解代謝を再編成し、膵臓癌の侵襲性を促進する

背景紹介

膵臓癌（Pancreatic Cancer, PC）は高度に侵襲性の高い悪性腫瘍であり、その中でも膵管腺癌（Pancreatic Ductal Adenocarcinoma, PDAC）が最も一般的なタイプです。近年、癌治療分野で顕著な進展が見られるものの、膵臓癌の5年生存率は依然として極めて低く、約12.5%です。膵臓癌の侵襲性と薬剤耐性は、代謝再編成、特に糖酵解代謝の増強と密接に関連しています。しかし、膵臓癌の代謝再編成の具体的なメカニズムはまだ明確ではありません。

RNAポリメラーゼII関連因子1（PAF1）は転写伸長因子であり、これまでの研究で膵臓癌の増殖、転移、および癌幹細胞（Cancer Stem Cells, CSCs）の維持において重要な役割を果たすことが示されています。しかし、PAF1が膵臓癌の代謝再編成において果たす役割はまだ深く研究されていません。本研究は、PAF1が膵臓癌の代謝再編成、特に低酸素誘導因子1α（HIF1α）との相互作用および乳酸脱水素酵素A（LDHA）発現の調節において果たす役割を探ることを目的としています。

論文の出典

本論文はAyoola O. Ogunleyeらによって執筆され、研究チームはUniversity of Nebraska Medical Centerの複数の部門（生化学・分子生物学部門、病理学・微生物学部門、Fred & Pamela Buffett癌センターなど）に所属しています。論文は2024年にCancer & Metabolism誌に掲載され、タイトルは「PAF1/HIF1α axis rewires the glycolytic metabolism to fuel aggressiveness of pancreatic cancer」です。

研究の流れと結果

1. PAF1と糖酵解代謝遺伝子の相関分析

研究はまず、遺伝子発現分析を通じてPAF1と膵臓癌の代謝経路との関係を探りました。その結果、PAF1の発現は糖酵解および酸化リン酸化経路と有意に関連していることが示されました。さらに詳細な分析により、PAF1は糖酵解の主要な遺伝子（LDHA、PDK1、GLUT1など）と正の相関を示すことが明らかになりました。免疫組織化学的分析では、PAF1とLDHAの発現が膵臓癌組織で徐々に増加し、正常な膵臓組織では低いことが示されました。これらの結果は、PAF1が膵臓癌の糖酵解代謝において重要な役割を果たす可能性を示唆しています。

2. PAF1ノックダウンが糖酵解遺伝子発現に与える影響

PAF1が糖酵解代謝において果たす役割を検証するため、研究チームはshRNA技術を使用して膵臓癌細胞株（Mia PaCa-2およびSW1990）におけるPAF1発現をノックダウンしました。その結果、PAF1ノックダウンは糖酵解の主要な遺伝子（LDHA、PDK1、GLUT1など）のmRNAおよびタンパク質レベルを有意に低下させることが明らかになりました。さらに、PAF1ノックダウンは細胞のコロニー形成能力も著しく減少させ、PAF1が膵臓癌細胞の増殖において重要な役割を果たすことを示しました。

3. PAF1ノックダウンが乳酸生成およびグルコース取り込みに与える影響

研究チームはさらに、乳酸生成およびグルコース取り込み実験を通じて、PAF1ノックダウンが膵臓癌細胞の代謝に与える影響を評価しました。その結果、PAF1ノックダウンは細胞外乳酸濃度およびグルコース取り込み量を有意に減少させ、PAF1が膵臓癌細胞の糖酵解代謝において重要な役割を果たすことを示しました。

4. PAF1ノックダウンが細胞エネルギー代謝に与える影響

細胞外酸性化率（ECAR）および酸素消費率（OCR）の測定により、研究チームはPAF1ノックダウンが膵臓癌細胞の糖酵解速度を有意に低下させ、同時に酸化リン酸化速度を増加させることを発見しました。これらの結果は、PAF1ノックダウンが膵臓癌細胞の代謝を糖酵解から酸化リン酸化へと転換させることを示しています。

5. PAF1とHIF1αの相互作用

研究チームは免疫共沈降実験を通じて、PAF1とHIF1αが膵臓癌細胞において特異的に相互作用することを確認しましたが、正常な膵臓細胞ではこの相互作用は観察されませんでした。さらに、免疫蛍光実験により、PAF1とHIF1αが膵臓癌細胞で高度に共発現していることが示され、正常な膵臓細胞では発現が低いことが明らかになりました。

6. PAF1/HIF1α複合体がLDHAプロモーターを調節するメカニズム

染色質免疫共沈降（ChIP）実験により、研究チームはPAF1/HIF1α複合体がLDHAプロモーター上のHIF1α結合部位に結合し、LDHAの転写を調節することを発見しました。この結果は、PAF1がHIF1αを介したメカニズムを通じてLDHAの発現を調節し、膵臓癌の糖酵解代謝に影響を与えることを示しています。

結論と意義

本研究は、PAF1がHIF1αを介したメカニズムを通じてLDHAの発現を調節し、膵臓癌の糖酵解代謝および腫瘍進行を促進することを示しました。PAF1/HIF1α軸は膵臓癌の代謝再編成において重要な役割を果たし、膵臓癌治療の新たな潜在的な標的を提供します。研究結果は、PAF1が膵臓癌の代謝において果たす新たな機能を明らかにし、PAF1/HIF1α軸を標的とした抗癌剤の開発に理論的根拠を提供します。

研究のハイライト

1. PAF1が膵臓癌の代謝再編成において果たす役割を初めて明らかに：本研究は、PAF1がHIF1αを介してLDHA発現を調節するメカニズムを初めて解明し、膵臓癌の糖酵解代謝におけるその重要な役割を明らかにしました。
2. PAF1/HIF1α複合体の特異的相互作用：研究により、PAF1とHIF1αが膵臓癌細胞において特異的に相互作用することが確認され、膵臓癌の代謝調節を理解する新たな視点を提供しました。
3. 潜在的な臨床応用価値：PAF1/HIF1α軸の発見は、膵臓癌治療の新たな潜在的な標的を提供し、この軸を抑制することで膵臓癌の代謝再編成を阻害し、腫瘍成長を抑制する可能性があります。

その他の価値ある情報

本研究は、shRNAノックダウン、免疫共沈降、ChIP実験などの詳細な実験方法およびデータ解析プロセスを提供し、今後の研究に重要な参考資料を提供しています。さらに、研究チームは複数の細胞株および組織サンプルを用いて実験結果を検証し、研究の信頼性と普遍性を確保しました。