PI3K-AKT-ZEB1軸を介したプラズマ誘導ポテンシャルmiRNAによるメラノーマ抑制の解明

2025-02-10 Mon
非熱プラズマ miRNAシーケンシング差異調節メラノーマ抑制 PI3K-AKT-ZEB1軸
非熱大気圧プラズマによるPI3K-AKT-ZEB1軸を介したmiRNA調節によるメラノーマ抑制に関する研究報告学術的背景メラノーマは皮膚がんの中で最も侵襲的で死亡率の高いタイプであり、特に中後期では治療が非常に困難です。近年のターゲット治療や免疫療法の進展により患者の生存率は向上していますが、全体的な治療効果はまだ不十分です。そのため、新しい治療手段の探求が現在の研究の焦点となっています。非熱大気圧プラズマ（Non-Thermal Atmospheric Pressure Plasma, NTP）は、新興の物理治療手段として、近年がん治療においてその可能性を示しています。NTPは活性酸素および窒素種（Reactive Oxygen and Nitrogen Species, RONS）を生成し、がん細胞の酸化ストレスを誘導することで抗腫瘍効果を発揮します。しかし、NTPの分子レベルでの作用機序、特にマイクロRNA（microRNA, miRNA）の調節についてはまだ十分に研究されていません。
miRNAは短鎖の非コードRNAで、遺伝子発現を調節することで細胞増殖、分化、アポトーシスなど多様な生物学的プロセスに参加します。がんにおけるmiRNAの役割は特に重要で、多くのmiRNAが腫瘍抑制因子またはがん促進因子と見なされています。そのため、NTPがmiRNAを調節する仕組みを研究することは、その抗メラノーマ分子メカニズムを解明し、新しい治療戦略の開発に理論的基盤を提供するのに役立ちます。
論文の出典本報告は、Pradeep Bhartiya、Apurva Jaiswal、Manorma Negi、Neha Kaushik、Eun Ha Choi、Nagendra Kumar Kaushikらの共同研究に基づいています。研究チームは主に韓国の光雲大学（Kwangwoon University）プラズマ生物科学研究センターおよび水原大学生物技術学部に所属しています。論文はJournal of Advanced Research誌、2025年第68巻、147-161ページに掲載されました。
研究フロー1. 細胞培養とNTP処理研究ではまず、3種類のヒトメラノーマ細胞株（SK-MEL-2、SK-MEL-31およびG-361）を使用しました。細胞は標準条件下で培養され、NTP装置によって処理されました。NTP装置は空気を動作ガスとしてプラズマを生成し、細胞に作用させました。NTPの最適処理時間を決定するため、研究チームは異なる時間間隔（0.5、1、1.5、2、4分）でSK-MEL-2細胞を処理し、Alamar Blue染色法により細胞生存率を測定しました。その結果、2分および4分のNTP処理が細胞生存率を有意に低下させることがわかりました。後の実験では3分および5分のNTP処理時間を採用しました。
2. 細胞生存率とアポトーシスの検出PI（プロピジウムヨウ化物）染色法を用いて細胞死を検出しました。結果は、NTP処理によりPIの取り込み率が有意に増加し、細胞死が増加したことを示しました。さらに、リアルタイム定量PCR（qPCR）により、細胞増殖関連遺伝子（c-Myc、Ki67、AKT、CDKN2A、p53、Casp9など）の発現レベルを解析しました。NTP処理によりc-MycおよびAKTの発現が有意に低下し、CDKN2A、p53、Casp9の発現が上昇したことから、NTPは細胞周期停止とアポトーシスを誘導することでメラノーマ細胞の増殖を抑制することが明らかになりました。
3. コロニー形成および細胞遊走実験コロニー形成実験では、NTP処理によりSK-MEL-2細胞のコロニー形成能力が有意に低下することが示されました。また、スクラッチアッセイを用いて細胞遊走能力を測定した結果、NTP処理により細胞遊走が有意に抑制されました。
4. miRNAシーケンシングと解析NTPの分子メカニズムをさらに解明するため、研究チームはNTP処理したSK-MEL-2細胞に対してハイスループットmiRNAシーケンシング（miRNA-seq）を行いました。その結果、5分のNTP処理グループでは82のmiRNAが有意にアップレギュレーションされ、66のmiRNAが有意にダウンレギュレーションされました。中でも、miR-200b-3pおよびmiR-215-5pのアップレギュレーションが最も顕著でした。バイオインフォマティクス解析により、これらのmiRNAはPI3K-AKTシグナル経路、細胞周期調節、アポトーシスなどのプロセスに関与していることがわかりました。
5. miRNA機能の検証miR-200b-3pおよびmiR-215-5pの機能を検証するため、研究チームは特異的阻害剤を使用してこれらのmiRNAの発現を抑制し、細胞生存率および遊走への影響を測定しました。結果は、miR-200b-3pおよびmiR-215-5pの抑制により、NTPによるメラノーマ細胞の抑制効果が有意に弱まったことを示し、これら2つのmiRNAがNTPを介したメラノーマ抑制において重要な役割を果たしていることが示されました。
主な結果NTP処理はメラノーマ細胞の生存率およびコロニー形成能力を著しく抑制する：実験データによると、5分のNTP処理はSK-MEL-2、SK-MEL-31、G-361細胞の生存率を有意に低下させるとともに、細胞のコロニー形成および遊走能力を抑制しました。

NTPはmiRNA発現を調節する：miRNAシーケンシングから、NTP処理はmiR-200b-3pおよびmiR-215-5pの発現を有意にアップレギュレーションし、PI3K-AKTシグナル経路および細胞周期調節関連のmiRNAに影響を与えることが明らかになりました。

miR-200b-3pおよびmiR-215-5pはNTPを介したメラノーマ抑制に重要な役割を果たす：機能検証実験では、これら2つのmiRNAの発現を抑制すると、NTPによるメラノーマ細胞の抑制効果が有意に弱まりました。

研究結論本研究は初めて、NTPがmiRNA（特にmiR-200b-3pおよびmiR-215-5p）を調節することによりメラノーマを抑制する分子メカニズムを明らかにしました。NTPは腫瘍抑制性miRNAのアップレギュレーションおよびがん促進性miRNAのダウンレギュレーションを通じて細胞周期停止およびアポトーシスを誘導し、メラノーマの成長および転移を抑制します。この発見は、NTPのメラノーマ治療における応用に新たな理論的基盤を提供し、miRNAに基づく併用治療戦略の開発に新たな方向性を切り開くものです。
研究のハイライト革新性：NTPがmiRNAを調節することでメラノーマを抑制する分子メカニズムを初めて明らかにしました。

臨床的価値：NTPのメラノーマ治療への応用に理論的根拠を提供し、miRNAに基づく併用治療戦略を提案しました。

技術の先進性：ハイスループットmiRNAシーケンシングおよびバイオインフォマティクス解析を組み合わせ、NTPの分子作用機序を詳細に研究しました。
意義と展望本研究は、NTPのメラノーマ治療における作用機序を明らかにしただけでなく、miRNAに基づく新しい治療戦略の開発にも重要な指針を提供しています。今後の研究では、NTPと他の治療手段（化学療法や免疫療法など）の併用をさらに探求し、メラノーマ治療の効果を向上させることが可能です。さらに、miR-200b-3pおよびmiR-215-5pは潜在的な治療ターゲットとして、他の種類のがん治療においてもその役割を発揮することが期待されます。