ロミデプシンがDDIT4-mTORC1経路を通じて食道扁平上皮癌の活性を示す
Romidepsin は DDIT4-mTORC1 経路を通じて食道扁平上皮がんに対する抗腫瘍活性を示す
食道扁平上皮がん（esophageal squamous cell carcinoma, ESCC）は、世界で最も一般的な悪性腫瘍の一つであり、高発症率および高死亡率を持ちます。現在の治療オプションが限られているため、新しい効果的な治療薬の開発が急務となっています。本研究では、研究者は高スループット薬物スクリーニング（high-throughput drug screening, HTS）技術を用いてESCC細胞株をスクリーニングし、ヒストン脱アセチル化酵素阻害剤ロミデプシン（Romidepsin）がESCC細胞の増殖抑制、アポトーシス誘導、および細胞周期の停止に顕著な効果があることを発見しました。この実験結果は、ESCC細胞株由来の移植腫瘍（CDX）および患者由来の移植腫瘍（PDX）マウスモデルでも確認されました。この研究は、重慶医科大学および中南大学の研究チームによって行われ、《Cancer Gene Therapy》ジャーナルに発表されました。
背景紹介
食道がん（Esophageal Cancer, EC）は世界で第7位に多いがんであり、がん関連死亡の第6位の原因となっています。病理学的特性によると、ECは2つの主要なサブタイプに分かれます：ESCCと食道腺がん（EAC）。先進国ではEACの発症率が徐々に増加していますが、世界の約90％のEC症例はESCCであり、その発症率はアジア、東アフリカ、南アメリカで最も高くなっています。初期症状が明らかではないため、多くのESCC患者は中期または後期に診断され、先進国での5年生存率は20％未満、発展途上国の多くでは5％未満です。現在のESCC治療は主に外科的切除、放射線療法、および化学療法を含むが、恩恵を受けるのは少数の患者のみです。したがって、効果的で副作用の少ない新しい治療薬の開発がESCC治療にとって非常に緊急です。
研究方法
研究チームはまず高スループット薬物スクリーニング技術を使用し、アメリカ食品医薬品局（FDA）承認の薬物化合物ライブラリーからESCCに対して活性を持つ薬剤をスクリーニングしました。スクリーニングには、2Dおよび平面培養（いわゆる3D培養）を含む異なるESCC細胞株モデルが使用されました。結果、ロミデプシンがESCC細胞の増殖を顕著に抑制し、アポトーシスを誘導し、細胞周期を阻止することが発見されました。
細胞培養とトランスフェクション
ヒトESCC細胞株（TE-1およびKYSE-150）および不死化された正常食道上皮細胞株HET-1Aが実験に使用されました。細胞はRPMI 1640培地中で培養され、定期的に培地が交換されました。2D培養の場合、細胞は培養皿で単層に成長しますが、3D培養の場合、細胞は低付着性培養皿で球状体を形成しました。また、実験ではDDIT4特異的siRNAを使用して関連遺伝子のトランスフェクション研究を行いました。
薬物スクリーニング
HTSを通じてFDA承認の1,469種類の小分子薬物をスクリーニングしました。細胞は96ウェルプレートに播種され、薬物で72時間処理されました。細胞の生存率は化学発光強度検出によって評価されました。
薬物活性検出
2Dおよび3D細胞株でCCK-8キットおよびCellTiter-Glo® 3D細胞生存率検出キットを使用して細胞生存率が評価されました。結果、ロミデプシンはESCC細胞に時間および用量依存的な抑制効果を持つことが示されました。
体内抗腫瘍活性の検証
ロミデプシンの体内での有効性を検証するために、研究チームはTE-1 CDXマウスモデルを確立しました。マウスはロミデプシンまたは溶媒で治療を受け、結果、ロミデプシンは腫瘍の体積と重量を著しく減少させ、マウスの体重には顕著な影響を与えませんでした。
RNA シーケンシング解析
RNAシーケンシング（RNA-seq）解析は、ロミデプシン処理後のESCC細胞に顕著な遺伝子発現の変化を示しました。結果は、ロミデプシン処理後にDDIT4遺伝子が上方制御されることを示していました。さらに、実験によってこの上方制御がDDIT4プロモーター領域のヒストンH3とH4のアセチル化の増強と関連していることが確認されました。
分子メカニズムの探討
ロミデプシンの分子メカニズムを探るために、研究チームは一連のレスキュー実験を行いました。結果、ロミデプシンはDDIT4の発現を増加させ、それによってmTORC1経路を抑制し、下流のターゲットタンパク質S6K1および4EBP1のリン酸化を阻害することが明らかになりました。これにより、タンパク質合成および細胞増殖が減少しました。
PDXモデルにおける治療効果および毒性の評価
研究チームはさらにESCC PDXモデルでロミデプシンの治療効果および毒性を評価しました。結果、ロミデプシンは従来の化学療法薬（パクリタキセルとシスプラチンの併用）に比べ、より良い抗腫瘍効果を持ち、毒性も低いことが示されました。
研究結果
研究結果は、ロミデプシンがDDIT4-mTORC1経路を通じてESCC細胞の増殖を抑制し、アポトーシスを誘導し、細胞周期を抑制することを示しています。さらに、ロミデプシンはPDXモデルにおいて従来の化学療法薬よりも優れた効果と少ない毒副作用を示しました。
結論と展望
本研究は、HTSスクリーニングを通じてロミデプシンを潜在的な抗ESCC薬として発見し、DDIT4-mTORC1経路を介した抗腫瘍作用の分子メカニズムを解明し、体内モデルでの効果と安全性を確認しました。ロミデプシンはESCC治療に新たな選択肢を提供し、将来の研究に新たなターゲットと戦略を与えることとなりました。
研究の意義
本研究は、ESCCの治療に対する新たな薬物選択肢を提供するとともに、将来の薬物開発とESCCの治療戦略に重要な理論的根拠を提供します。ロミデプシンの分子メカニズムを明確にすることで、さらに効果的で低毒性の抗腫瘍薬の開発の基礎が築かれました。
研究チームは、重慶医科大学心胸外科、生命科学研究所、中南大学臨床薬理研究所の研究者で構成されており、研究成果は2024年3月に《Cancer Gene Therapy》ジャーナルオンラインに発表されました。研究は、ロミデプシンがヒストンアセチル化を促進してDDIT4の発現を上方制御し、その結果mTORC1経路を抑制することを示し、ESCCの治療に新たな希望をもたらしました。研究者は、今後ロミデプシンの臨床応用における効果をさらに探求し、関連する臨床試験を行うことを提案しています。