DKK3タンパクの機能を阻害するペプチドを開発、頭頚部扁平上皮癌細胞の増殖、浸潤を抑制することに成功。将来的な臨床応用が期待される

■概   要 
大学院医歯薬学総合研究科 口腔病理学分野の片瀬 直樹 助教、藤田 修一 准教授、病理学分野の岡野 慎士教授らの研究グループは、頭頚部扁平上皮癌(head and neck squamous cell carcinoma :HNSCC）で特異的に発現が高いがん関連遺伝子としてDKK3を同定し、研究を続けてきました。今回、DKK3タンパクの機能を阻害するペプチドを開発することに成功し、研究成果が腫瘍学の国際的な専門誌である「Cancer Cell International」誌に掲載されました。

■研究の経緯 
片瀬助教らのグループはこれまでに、HNSCC細胞でDKK3遺伝子を過剰発現させるとAktのリン酸化を介して腫瘍細胞の増殖・浸潤・遊走が有意に増加する一方、逆にDKK3をノックダウンするとこれらが全て有意に減少することを明らかにし、HNSCCでDKK3が腫瘍細胞の悪性度を左右することを報告してきました。本研究ではこの成果を元に、DKK3タンパクの機能を抑制することで腫瘍制御が可能かどうかを検討しました。DKK3遺伝子は分泌型タンパクと非分泌型タンパクの両方をコードしており、分泌型／非分泌型タンパクの両方がそれぞれ別々の経路でAktのリン酸化を起こすと考えられることから、片瀬助教らは非分泌型タンパクには結合できないモノクローナル抗体などの方法では効果が不十分ではないかと考え、タンパク質の相互作用を阻害するアンチセンスペプチドの開発を着想しました。

■研究の内容 
まず、片瀬助教らは川崎医科大学の西松 伸一郎 教授、山内 明 教授と共同で、DKK3が機能を発揮するために必須となる機能ドメインの同定を行いました。機能ドメイン候補として2つのcysteine rich domain (CRD1, CRD2)に着目、これらを削除したdeletion mutant発現プラスミドをHNSCC細胞に導入したところ、DKK3によるAktのリン酸化、細胞の増殖・浸潤・遊走の増加を抑制するにはCRD1, CRD2の両方を同時に阻害することが必要であることがわかりました。

 

 

次に、DKK3と他のDKKファミリータンパクのアミノ酸配列を比較することで、CRD1、 CRD2の中で機能の発揮に重要と考えられるアミノ酸配列を同定、この部位に結合してタンパクの機能を阻害するアンチセンスペプチドを蛋白化学研究所（名古屋市）に受託してデザインしました。

 

 

このペプチドとDKK3のモデルをRaptor X (http://raptorx.uchicago.edu/)で作成してClusPro2 (https://cluspro.bu.edu/)でドッキングシミュレーションを行い、最もスコアの良い組み合わせを選別してHNSCC細胞に加えたところ、100nMという低用量でAktのリン酸化とそれに伴う腫瘍細胞の増殖・浸潤・遊走を有意に抑制することができました。さらに、ヌードマウス背部皮下に移植した腫瘍に対してペプチドを注入すると、腫瘍細胞の増殖を有意に抑制できることも確認しました。

 

 

■社会的意義 
HNSCCは、我が国でも年間で1.5万人〜2万人が罹患します。治療は手術が基本となりますが、手術により舌、顎骨、歯牙が失われることで患者の quality of life (QOL:生命の質)は大きく低下し、口から食事をすることが損なわれることで健康寿命も低下します。また、リンパ節転移を伴う場合は治療困難になりやすく、5年生存率は63.5％にとどまっています（国立がん研究センター統計）。
本研究では手術に代わる低侵襲治療を提供し、治療成績の向上を目的としています。

■今後の予定 
ペプチドによる詳細な腫瘍制御メカニズムのさらなる検討と、安全性の確保、最適なdrug delivery systemの開発を予定しています。本ペプチドがHNSCCの治療薬として近い将来に臨床応用されることを目指して研究を続けています。

■論文情報 
論文名：Establishment of anti-DKK3 peptide for the cancer control in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC)
掲載誌：Cancer Cell International
著者：片瀬 直樹, 西松 伸一郎, 山内 明, 岡野 慎士, 藤田 修一
D O I：10.1186/s12935-022-02783-9.
U R L: https://cancerci.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12935-022-02783-9
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9664703/

 

■研究資金 
本研究は「科学研究費助成事業」（16K11470, 20K09908）および「武田科学振興財団 医学系研究助成（がん領域：基礎）2018047114」の支援を受けて実施しました。

 

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