ミトコンドリア脱共役剤は発癌性E2F1活性と前立腺癌の成長を抑制する

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ミトコンドリア脱共役剤が発がん性E2F1活性と前立腺癌増殖を抑制する

ミトコンドリア脱共役剤によるE2F1活性の抑制と前立腺癌増殖の研究報告

背景紹介

前立腺癌は米国男性において最も一般的な癌であり、癌関連死の第2位の原因です。2024年には約299,010人の男性が前立腺癌と診断され、そのうち35,250人がこの病気で命を落とすと予測されています。アンドロゲン剥奪療法（androgen deprivation therapy）は前立腺癌の主要な治療法ですが、多くの患者で治療耐性、すなわち去勢抵抗性前立腺癌（Castration-Resistant Prostate Cancer, CRPC）が発生します。20%～40%の患者は、エンザルタミド（enzalutamide）やアビラテロン（abiraterone）などの現行療法に先天的耐性を示し、当初は効果的だった患者も最終的に耐性を獲得します。

CRPCの発展と生存は急速な細胞増殖に必要なATPに依存しており、その主な供給源である酸化的リン酸化（Oxidative Phosphorylation, Oxphos）は重要な代謝経路と考えられています。ミトコンドリア脱共役剤は、酸化的リン酸化を阻害する作用が知られており、癌細胞のエネルギー産生を弱体化させます。また、転写因子E2F1はCRPCの進行において重要な発がん性経路です。本研究は、ミトコンドリア脱共役剤がE2F1活性およびCRPC細胞増殖に与える抑制効果を調査し、新たな癌治療戦略を提案します。

論文情報

本研究のタイトルは「Mitochondrial uncouplers inhibit oncogenic E2F1 activity and prostate cancer growth」です。第一著者はOhuod Hawsawiで、Georgia Cancer Center（Augusta University）が主導し、複数の機関と協力して行われました。この論文は2025年1月21日、『Cell Reports Medicine』誌にオープンアクセスとして掲載されました。

研究プロセス

方法設計と実験手順

1. 薬剤スクリーニングシステムの開発と実験

研究チームは、CRISPR-Cas9技術を用いて目的遺伝子（SKP2）の終止コドン直後にホタル発光酵素（firefly luciferase, Fluc）を挿入する独自の二順反子レポーター（bicistronic reporter）プラットフォームを開発しました。このプラットフォームは、内在性遺伝子が化学的処理に応答するダイナミクスを忠実に反映することができます。

9,298種類の化合物を対象にハイスループットスクリーニングを行った結果、SKP2の発現を顕著に低下させる8つの分子が特定され、その中でもMalonoben（Mal）はSKP2発現阻害剤として高い効果を持つことが確認されました。

2. 脱共役による細胞エネルギー代謝の混乱誘導

Malは、ミトコンドリア内膜のプロトン勾配を弱めることにより、ミトコンドリア膜電位およびATP産出率を著しく低下させる高効率の脱共役剤であることが確認されました。さらに、FCCP、Nitazoxanide（NTZ）、その活性代謝物Tizoxanide（TIZ）などの他の脱共役剤も、SKP2の発現を効果的に抑制し、CRPC細胞の増殖を阻害することが示されました。

3. TIZの生化学的特性研究

NTZはFDA承認の抗蠕虫薬であり、臨床ではクリプトスポリジウム属（Cryptosporidium parvum）やランブル鞭毛虫（Giardia intestinalis）による下痢治療に広く使用されています。また、TIZは低毒性濃度で顕著な脱共役作用を示し、AMPK（AMP活性化タンパク質キナーゼ）およびP38 MAPKシグナル経路を活性化し、G1/S期の細胞周期調節タンパク質であるCyclin D1の分解を誘導することが示されました。

4. In Vitroでの機能検証

さらに、TIZはG1/S期での停止、DNA合成および脂質新生の抑制を通じて、CRPC細胞増殖を有意に抑制することが確認されました。E2F1遺伝子をノックアウトした細胞モデルを用いた実験では、TIZがSKP2発現およびE2F1標的遺伝子発現を抑制する仕組みが、E2F1発がん性経路のダウンレギュレーションに依存していることが示されました。

5. In Vivoでの研究

さらに、複数の動物モデルを使用してTIZの抗腫瘍活性をテストしました。患者由来のLucap23.1異種移植モデルと去勢マウスのCRPCモデルを用いた実験では、NTZの経口投与により腫瘍の成長を著しく抑制し、腫瘍組織におけるKi-67やSKP2などの増殖関連マーカーの発現レベルを低下させました。

研究結果

1. 脱共役剤によるE2F1活性の抑制

RNAシーケンシング（RNA-seq）解析では、TIZがE2F1に関連する遺伝子の転写を顕著にダウンレギュレートし、特に細胞周期進行（Cyclin E1やSKP2）、DNA合成（MCM2やBRCA1）、そして脂質代謝（FASNやSREBF1）に関与する遺伝子を影響することが示されました。

2. TIZによるAMPK-P38経路への作用

TIZはAMPKを活性化し、さらにP38のリン酸化を誘導し、Cyclin D1のT286部位をリン酸化することでプロテアソームによる迅速な分解を促進することが確認されました。

3. In Vivoでの顕著な抗腫瘍効果

NTZの経口投与により、実験動物の体重には異常は認められず、解剖学的に主要臓器（心臓、肝臓、腎臓）に病理学的変異が見られなかったことから、NTZの安全性が優れていることが示されました。

研究の意義と注目点

  1. E2F1経路の標的化：本研究は、ミトコンドリア脱共役剤がAMPK-P38シグナル伝達経路を介してE2F1をどのように抑制するかを初めて明らかにしました。

  2. 臨床転換の可能性：NTZは既にFDA承認済みであるため、前立腺癌における迅速な臨床試験が期待され、新薬開発の時間を大幅に短縮する可能性があります。

  3. 安全性の優位性：従来の電子伝達鎖阻害剤と比較して、NTZは代謝ストレスを引き起こす範囲が限定的であり、高度な代謝再構成に伴う耐性形成を回避する可能性があります。

結論

本研究は、去勢抵抗性前立腺癌の治療におけるミトコンドリア脱共役剤の応用に理論的基盤を提供しました。その具体的な分子メカニズムを解明し、CRPC治療のための新しい治療戦略としての可能性を提示しました。さらなる臨床試験と最適化による検証が期待されています。