FBXO31を介したOGTのユビキチン化はO-GlcNAcylationの恒常性を維持し、子宮内膜悪性腫瘍を抑制する
研究背景と問題の導入
プロテインO-GlcNAc糖基化は、細胞代謝の可塑性において重要な役割を果たす翻訳後修飾の一つです。O-GlcNAc糖基化レベルの異常な変化は、子宮内膜がん（Endometrial Cancer, EC）を含む多くの癌で観察されています。子宮内膜がんは女性に一般的な生殖器系の悪性腫瘍ですが、そのO-GlcNAc糖基化の不均衡の臨床的特徴や分子メカニズムの探究はまだ完全には完了していません。
子宮内膜がんの発症率は過去20年間で50%増加し、先進国では女性の最も一般的な生殖器系の癌の一つとなっています。中国では、2022年に約77,700件の新規診断された子宮内膜がんの症例と13,500件の推定死亡例がありました。肥満や糖尿病などの代謝シンドロームに関連する条件はそのリスク要因となります。子宮内膜がんはI型またはII型腫瘍に分類されるか、または組織病理学的特性に基づいて子宮内膜腺がん、漿液性がん、癌肉腫、透明細胞がんに分類されます。
近年、プロテオミクス解析がゲノム分類に統合され、子宮内膜がんの潜在的な治療ターゲットの同定が加速しています。しかし、PTMs（Post-Translational Modifications）によるプロテオーム機能の複雑さへの貢献はまだ完全には解明されておらず、現在の分類システムに追加する必要があります。O-GlcNAc糖基化は、細胞代謝とストレス応答に敏感な重要なPTMであり、子宮内膜がんの分子病因との関連が示されています。
論文の出典と著者情報
この研究は、中国中南大学湘雅医院、生命科学学院、清华大学薬学院など複数の機関の研究者が共同で行ったものです。論文は『Nature Communications』に掲載され、DOI：10.1038/s41467-025-56633-zです。
研究フローと方法
研究対象とサンプル処理
研究者はまず、23個の非腫瘍と31個の腫瘍子宮内膜サンプルを含む組織マイクロアレイを使用して免疫組織化学（Immunohistochemistry, IHC）分析を行いました。次に、219人の患者を含む子宮内膜がんコホートを拡張分析し、すべてのサンプルは子宮全摘術を受けた患者から得られました。これらのサンプルに対してIHC染色を行い、O-GlcNAc糖基化レベルと臨床パラメータとの相関を評価しました。
実験設計とデータ分析
組織マイクロアレイ分析
研究者は抗O-GlcNAcモノクローナル抗体RL2を使用して組織マイクロアレイ中のO-GlcNAc糖基化レベルを検出しました。結果は、腫瘍組織におけるO-GlcNAc糖基化とOGTの表現が対照群よりも有意に高かったことを示しましたが、OGAの表現は有意な差はありませんでした。
コホート分析
IHCスコアリングにより患者を高O-GlcNAc糖基化（High-RL2）と低O-GlcNAc糖基化（Low-RL2）の2群に分けました。統計分析によると、O-GlcNAc糖基化レベルは腫瘍の組織学的グレード、FIGOステージおよび遠隔転移と有意に関連していました。Kaplan-Meier生存分析では、高O-GlcNAc糖基化群の患者の無病生存期間（Progression-Free Survival, PFS）と全生存期間（Overall Survival, OS）は低O-GlcNAc糖基化群よりも有意に短かったです。
TCGAデータセットの検証
上記の結果を検証するために、研究者はTCGA UCECデータセットを用いてさらなる分析を行いました。仮想的なO-GlcNAc指数を計算し、それを臨床パラメータと関連付けて分析しました。結果、O-GlcNAc指数は組織学的グレード、FIGOステージおよび患者の年齢と有意に関連していました。高O-GlcNAc糖基化群の患者のPFI（Progression-Free Interval）とOSは、低O-GlcNAc糖基化群よりも有意に短かったです。
体外実験とメカニズム探究
内膜類器官の生成と機能影響
研究者は正常内膜とがん化内膜由来の類器官を生成し、O-GlcNAc糖基化レベルの変化がその機能に及ぼす影響を研究しました。結果は、OGAの阻害がO-GlcNAc糖基化レベルを増加させ、正常内膜類器官の増殖と幹細胞特性を促進することを示しました。一方、OGTの阻害はO-GlcNAc糖基化レベルを低下させ、がん化内膜類器官の成長を制限しました。
F-box Only Protein 31 (FBXO31) のスクリーニングと検証
CRISPR-Cas9全ゲノムノックアウトスクリーニングを通じて、研究者はO-GlcNAc糖基化恒常性を調節する重要な因子であるFBXO31を同定しました。FBXO31はSCFユビキチンリガーゼ複合体の底物認識成分として機能し、直接的にOGTと結合し、その分解を制御するためにユビキチン化します。FBXO31の欠失はOGTを安定化し、細胞内のO-GlcNAc糖基化レベルを上昇させ、子宮内膜の悪性変化を促進します。
マウスモデル実験
研究者は異種移植マウスモデルを用いてOGT阻害剤OSMI-1の抗腫瘍活性を検証しました。OSMI-1の処置は腫瘍の大きさを減少させ、マウスの生存時間を延長しました。さらに、FBXO31の欠失は腫瘍形成を促進しましたが、腫瘍に対するOSMI-1の感受性を強化しました。
主要な結果と結論
O-GlcNAc糖基化レベルと臨床特徴の関係
本研究は、子宮内膜がん組織におけるO-GlcNAc糖基化レベルが組織学的グレード、FIGOステージおよび患者の予後と有意に関連していることを示しました。高O-GlcNAc糖基化レベルは、より高度な組織学的グレード、より高いFIGOステージおよび不良な生存率と関連しています。
FBXO31によるO-GlcNAc糖基化恒常性の調節メカニズム
FBXO31はOGTのユビキチン化によってそのタンパク質の安定性を調節し、O-GlcNAc糖基化恒常性を維持します。FBXO31の欠失はOGTの安定性とO-GlcNAc糖基化レベルを上昇させ、子宮内膜がんの進行を促進します。FBXO31の表現レベルは子宮内膜がんで著しく低下しており、その低表現は不良な予後と関連しています。
O-GlcNAc糖基化の抑制による治療の可能性
OGTの阻害によるO-GlcNAc糖基化レベルの低下は、体内外で子宮内膜がん細胞の増殖と生存を効果的に抑制することが示されました。これは、高グレードの子宮内膜がんに対するO-GlcNAc糖基化恒常性を標的とした治療戦略の有望性を示唆しています。
研究のハイライトと意義
キーとなる発見
- O-GlcNAc糖基化レベルと子宮内膜がんの臨床特徴の密接な関連：高O-GlcNAc糖基化レベルは、より高度な組織学的グレード、より高いFIGOステージおよび不良な生存率と関連しています。
- FBXO31によるO-GlcNAc糖基化恒常性の調節：FBXO31はOGTのユビキチン化によってそのタンパク質の安定性を調節し、O-GlcNAc糖基化恒常性を維持します。FBXO31の欠失はOGTの安定性とO-GlcNAc糖基化レベルを上昇させ、子宮内膜がんの進行を促進します。
- O-GlcNAc糖基化の抑制による治療の可能性：OGTの阻害によるO-GlcNAc糖基化レベルの低下は、体内外で子宮内膜がん細胞の増殖と生存を効果的に抑制します。
科学的価値と応用の可能性
本研究はO-GlcNAc糖基化が子宮内膜がんにおいて重要な役割を果たすことを明らかにし、FBXO31がO-GlcNAc糖基化恒常性を調節する重要な因子であることを発見しました。これらの発見は、子宮内膜がんの分子メカニズムの理解に新たな視点を提供するとともに、O-GlcNAc糖基化恒常性を標的とした新しい治療法の開発の基礎を築きました。特に高グレードの子宮内膜がん患者に対するO-GlcNAc糖基化恒常性を標的とした治療戦略は有望な治療手段となる可能性があります。
方法の革新
- 全ゲノムCRISPR-Cas9スクリーニング：研究者は全ゲノムCRISPR-Cas9スクリーニングを用いて、O-GlcNAc糖基化恒常性を調節する重要な因子であるFBXO31を同定しました。これは、ゲノム編集技術が癌研究における強力な適用可能性を示しています。
- 内膜類器官モデル：研究者は正常内膜とがん化内膜由来の類器官を生成し、O-GlcNAc糖基化レベルの変化がその機能に及ぼす影響を研究しました。これは、体内外研究に信頼性のあるモデルシステムを提供します。
- 異種移植マウスモデル：研究者は異種移植マウスモデルを用いてOGT阻害剤OSMI-1の抗腫瘍活性を検証しました。これは、体内外からの完全な研究チェーンを示しています。
本研究は、O-GlcNAc糖基化が子宮内膜がんにおいて重要な役割を果たすことを明らかにし、新しい治療法の開発に重要な手がかりを提供します。重要な科学的価値と応用の可能性を持つものと言えます。