NAMPTとPAK4の二重阻害がプラチナ耐性卵巣がん三次元球状モデルにおける抗腫瘍効果

プラチナ耐性卵巣がんは、治療が困難で患者の生存期間が短い悪性婦人科腫瘍です。近年、研究者たちは新たな治療戦略を模索しており、がん幹細胞（CSCs）に対する治療が重要な方向性となっています。CSCsは腹腔内の卵巣がん腫瘍団塊に多く存在し、これらの団塊は高い腫瘍生成能力を持ち、従来のプラチナ系薬物に対する耐性を示します。本研究では、革新的な二重標的阻害剤KPT-9274が3D細胞球体モデルでの抗がん効果を示し、特にプラチナ耐性卵巣がんに対する効果を検証しました。

研究背景

プラチナ系薬物は現在、卵巣がん治療の主要な治療法ですが、80％以上の高リスク症例は再発が起こります。これは、腫瘍がプラチナ系薬物に対する耐性を持つためです。VEGF阻害剤、PARP阻害剤、免疫チェックポイント阻害剤は一部の症例で一定の効果を示していますが、多くの患者は最終的に再発します。したがって、新しい治療戦略が切実に求められています。

研究者たちは、CSCsを対象とした治療が潜在的な方向性であることを発見しました。これらの細胞は通常のがん細胞とは異なる成長メカニズムを持ちます。NAD+は細胞の生存と成長に必須の補酵素であり、NAMPT（Nicotinamide Phosphoribosyltransferase）はNAD+再生の重要な律速酵素です。多くのがんにおいて、NAMPT阻害剤（例：FK-866、GNE-617）は顕著な抗腫瘍効果を示しています。KPT-9274は新型の経口NAMPT阻害剤であり、同時にPAK4（P21活性化キナーゼ4）の阻害剤でもありますが、その卵巣がんに対する効果は未確認です。

研究情報

本論文はKei Kudoらにより執筆され、著者はアメリカ国立がん研究所（NCI）、日本東北大学医学部などの機関からのものである。論文は《Cancer Gene Therapy》に掲載されました。

研究プロセス

サンプルと細胞培養

本研究では、卵巣がん、子宮内膜がん、乳がんを含む、11種の異なるがん細胞株をテストしました。実際の腫瘍環境を模倣するため、本実験では3D球体モデルを使用しました。このモデルは超低付着培養プレートで培養した幹細胞から成り、体内腫瘍の形態と薬物反応をより真実に再現します。

細胞活力およびNAD+、NADPH、ATPレベルの測定

XTT法を用いて細胞活力を測定し、NAD+、NADPH、ATPの濃度は比色法および蛍光法で測定しました。結果は、KPT-9274がNAMPT依存の細胞株においてNAD+、NADPH、ATPの生成を顕著に抑制し、NAMPT機能の抑制によって細胞エネルギー代謝が阻害されることを示しました。

ミトコンドリア機能テスト

Seahorse XFアナライザーを用いてミトコンドリア機能を評価しました。結果は、CP80およびAci-98細胞において、KPT-9274が酸素消費率（OCR）および細胞外酸化率（ECAR）を顕著に低下させ、ミトコンドリアの酸化代謝および解糖を抑制することを示しました。また、KPT-9274はミトコンドリア膜電位の低下および反応性酸素（ROS）の増加を誘導し、顕著なカスパーゼ3/7の活性を示しました。これは、ミトコンドリア機能の抑制およびアポトーシス促進メカニズムによる抗腫瘍効果を示しています。

RNAシーケンシングおよびバイオインフォマティクス解析

RNAシーケンシング技術を使用してCP80細胞を分析した結果、KPT-9274処理後、炎症反応および細胞増殖に関連する遺伝子が顕著にダウン調整され、遺伝子修復関連遺伝子が抑制を受けました。特に、IFNGR1、IFIT1などの遺伝子の発現レベルが顕著に低下し、KPT-9274が複数のシグナル経路を抑制することで抗腫瘍効果を実現していることを示しました。

タンパク質発現およびキナーゼ活性測定

ウェスタンブロッティングおよび免疫蛍光染色を用いてこれらの発見をさらに検証しました。KPT-9274処理後、PAK4は細胞質から細胞核へ移動し、ラプター、Akt、およびβ-カテニンなどの一連の重要なタンパク質の活性が低下しました。Aktキナーゼ活性分析は、KPT-9274が濃度依存的にAkt活性を顕著に抑制することを示しました。

研究結果

KPT-9274はNAMPT依存細胞株において顕著な多重抗腫瘍効果を示しました：

1. NAD+、NADPHおよびATPの生成を抑制し、細胞エネルギー代謝を抑制する。
2. ミトコンドリア機能を抑制し、酸素消費率と解糖の低下を促すとともに、細胞アポトーシスを誘導する。
3. 炎症、細胞増殖および遺伝子修復に関連する複数のシグナル経路を抑制する。
4. 細胞内のPAK4の位置を変更し、その細胞質キナーゼ活性を抑制する。

結論と意義

本研究は、KPT-9274がプラチナ耐性卵巣がんに対する潜在的な治療効果を持つことを実証し、NAMPTとPAK4二重標的阻害剤が精密医療において重要であることを示しました。同時に、臨床応用前にがん細胞のNAMPT依存性をさらに明確にし、薬物の治療効果と予測精度を改善することが求められます。

研究のハイライト

1. KPT-9274は3D細胞球体モデルにおいて顕著な抗腫瘍効果を示し、このモデルは体内の腫瘍をより真実に模倣できること。
2. 多種の実験技術を通じてKPT-9274が細胞エネルギー代謝、ミトコンドリア機能および細胞アポトーシスに与える影響を検証し、新たなメカニズムを提案したこと。
3. バイオインフォマティクス解析により、KPT-9274の多重抗腫瘍経路を明らかにし、豊富な遺伝子発現およびシグナル経路の研究データを提供したこと。

本研究は、プラチナ耐性卵巣がんの新たな治療戦略を提供し、同時に臨床における精密医療手法を通じて患者腫瘍のNAMPT依存性を識別することの重要性を示唆しました。