USP35はPFK-1のユビキチン化を調節することで糖酵解を介して乳癌の進行を促進する

腫瘍学 医学
乳癌 ユビキチン化 糖酵解 PFK-1 USP35

USP35はPFK-1のユビキチン化を介して乳がんの糖酵解を促進し、癌の進行を推進

学術的背景

乳がんは世界中の女性において最も一般的な悪性腫瘍であり、女性におけるがん関連死の主な原因でもあります。内分泌療法、標的治療、PARP阻害剤など、さまざまな分子サブタイプの乳がんに対する治療戦略が開発されていますが、依然として20％～30％の患者が再発や転移を経験しており、これが乳がん死亡率が高い主な理由となっています。したがって、乳がんの再発や転移に対処するための新しい分子マーカーを見つけることが重要です。

癌細胞は高代謝特性を持ち、エネルギー需要を満たすために有酸素糖酵解（aerobic glycolysis）に依存しています。この現象は「ワールブルク効果」（Warburg effect）と呼ばれています。糖酵解の過程では、リン酸フルクトキナーゼ-1（PFK-1）が重要な律速酵素であり、フルクトース-6-リン酸（F6P）をフルクトース-1,6-ビスリン酸（F1,6BP）に変換することで糖酵解の進行を促進します。研究によると、PFK-1は乳がん組織で顕著に発現が上昇しており、その活性は腫瘍の進行と密接に関連しています。しかし、PFK-1の乳がんにおける制御メカニズムはまだ完全には解明されていません。

ユビキチン特異的プロテアーゼ35（USP35）は脱ユビキチン化酵素ファミリーの一員であり、脱ユビキチン化作用によって下流のターゲットタンパク質を安定化させ、その機能に影響を与えます。USP35は多くの種類のがんで腫瘍の進行と関連していることが示されていますが、乳がんにおけるその役割はまだ明らかではありません。本研究は、USP35がPFK-1のユビキチン化レベルを調節することにより乳がんの糖酵解と進行に影響を与えるかどうかを探ることを目的としています。

論文の出典

本論文はWeibin Lian、Chengye Hong、Debo Chen、およびChuan Wangによって共同執筆され、著者はそれぞれ福建医科大学付属協和病院乳腺外科および福建医科大学付属泉州第一病院乳腺外科に所属しています。本論文は2024年12月23日に『American Journal of Physiology-Cell Physiology』誌に初めて掲載され、DOIは10.1152/ajpcell.00733.2024です。

研究フローと結果

1. 乳がんにおけるUSP35の発現増加

研究チームはまず、定量的リアルタイムPCR（qPCR）およびウェスタンブロットを使用して、乳がん組織および細胞におけるUSP35のmRNAおよびタンパク質発現レベルを評価しました。その結果、USP35は乳がん組織で癌周囲正常組織よりも顕著に高く発現しており、また複数の乳がん細胞株（例：MCF-7およびMDA-MB-231）では正常な乳腺上皮細胞（MCF-10A）よりも顕著に高い発現を示しました。この結果は、USP35が乳がんの発生および進行において重要な役割を果たしている可能性があることを示唆しています。

2. USP35は乳がん細胞の増殖とアポトーシスを調節する

USP35の機能を研究するために、研究チームはshRNA技術を使用してMCF-7およびMDA-MB-231細胞におけるUSP35の発現をノックダウンしました。5-エチニル-2’-デオキシウリジン（EdU）細胞増殖試験およびフローサイトメトリーによるアポトーシス検査を通じて、USP35のノックダウンが乳がん細胞の増殖を有意に抑制し、アポトーシスを促進することがわかりました。この結果は、USP35が乳がん細胞の生存と増殖を維持する上で重要な役割を果たしていることを示しています。

3. USP35はPFK-1を介して糖酵解を調節する

さらに研究を進めると、USP35のノックダウンはPFK-1のmRNAおよびタンパク質発現レベルの低下を引き起こし、それに伴い細胞外酸化率（ECAR）および酸素消費率（OCR）が低下することがわかりました。Seahorse代謝フラックス分析では、USP35のノックダウンが乳がん細胞の糖酵解能力を有意に低下させることが示されました。さらに、USP35のノックダウンはグルコース消費、乳酸生成、および乳酸脱水素酵素（LDH）活性も減少させました。これらの結果は、USP35がPFK-1の発現を調節することによって乳がん細胞の糖酵解プロセスに影響を与えることを示しています。

4. USP35は脱ユビキチン化によってPFK-1を安定化させる

USP35がPFK-1を調節する具体的なメカニズムを明らかにするために、研究チームは免疫共沈降（Co-IP）実験を行い、USP35がPFK-1と直接相互作用することを発見しました。さらに、USP35が脱ユビキチン化作用によってPFK-1を安定化させ、そのタンパク質量を増加させることが示されました。USP35のノックダウンはPFK-1のユビキチン化レベルを有意に増加させ、USP35が脱ユビキチン化作用によってPFK-1をユビキチン-プロテアソーム系による分解から保護していることを示しています。

5. USP35は体内で腫瘍の成長を抑制する

USP35の体内での役割を確認するために、研究チームはヌードマウス皮下移植腫瘍モデルを作成しました。その結果、USP35をノックダウンしたMCF-7細胞を注射したヌードマウスの腫瘍体積と重量は対照群と比較して有意に小さくなっていました。免疫組織化学（IHC）分析では、USP35のノックダウンが腫瘍組織内のKi-67の発現を有意に低下させ、USP35のノックダウンが腫瘍細胞の増殖を抑制することを示しました。さらに、USP35のノックダウンは腫瘍組織内でのPFK-1の発現と糖酵解関連指標（グルコース消費、乳酸生成、LDH活性など）を低下させ、USP35がPFK-1を介して乳がんの糖酵解を調節するメカニズムをさらに確認しました。

結論と意義

本研究は、USP35が乳がんにおいて顕著に発現が増加しており、脱ユビキチン化作用によってPFK-1を安定化させ、乳がん細胞の糖酵解と増殖を促進することを発見しました。USP35/PFK-1軸は乳がんの精密医療において新たな標的と理論的根拠を提供します。この研究は、USP35が乳がんにおける分子メカニズムを明らかにしただけでなく、USP35/PFK-1軸を標的とした抗腫瘍薬の開発に重要な手がかりを提供します。

研究のハイライト

  1. 重要な発見：USP35がPFK-1の脱ユビキチン化を通じて乳がんの糖酵解を調節する分子メカニズムを初めて明らかにしました。
  2. 革新性：in vivoおよびin vitro実験を通じて、USP35/PFK-1軸が乳がんにおける重要な役割を果たしていることを確認し、乳がん治療のための新しい標的を提供しました。
  3. 臨床応用価値：USP35/PFK-1軸の発見は、乳がんの精密医療および薬物開発の新しい方向性を提供します。

その他の貴重な情報

本研究では、今後さらなる組織サンプルを用いてUSP35の乳がんにおける高発現を検証し、異なる分子サブタイプの乳がんにおける具体的な役割について探求する必要があるとも指摘されています。また、USP35が他の下流シグナル経路を調節するメカニズムについてもさらなる研究が必要です。

本研究を通じて、USP35/PFK-1軸は乳がん治療分野における重要な研究方向となり、将来、乳がん患者に新たな治療の希望をもたらすことが期待されます。