質量分析技術の進歩により、代謝物測定技術が発達し、生体内の代謝特性を把握する事が容易になった。近年の研究から細胞内でのlocalな代謝制御が細胞機能に重要な作用を及ぼすことが多く示されている。しかしながら、細胞内における代謝物の空間分布を捕える事は現状困難であり、細胞内局所における代謝制御の包括的理解に至っていたいのが問題点である。本研究では、解糖系酵素と微小管との相互作用という現象に着目し、細胞局所におけるエネルギー代謝制御が及ぼす微小管ダイナミクスの変化ががん細胞の化学治療抵抗性獲得のメカニズムを明らかにすることを目指している。
本研究では乳がん細胞株をモデルに微小管重合阻害剤であるパクリタキセル（Ptx）耐性株の作出をおこない、対照群との間で微小管修飾動態および解糖系酵素の修飾動態に差異があることを見い出し、標識グルコースを用いたメタボロミクス解析により、対照群とPtx耐性株との間で代謝特性の違いを明らかにした。すなわち、Ptx耐性株では解糖系が亢進していると共に解糖系から分岐するセリンの生合成系が活性化されその炭素骨格が含硫アミノ酸代謝に利用されるという極めてユニークな特徴を持つことが明らかになった。
最終年度である今年度は複数のtriple negative乳がん細胞株を用いて含硫代謝物の解析を行なった。細胞内硫化水素濃度に依存すると考えられるタンパク質のスルフヒドリル化（-SSH）レベルについて調べてみたところ、各細胞種間において異なっており、なおかつPtx感受性と相関していることが明らかになった。さらにスルフヒドリル化修飾レベルに差異のあるタンパク質を複数同定し、この中には多くの解糖系酵素および含硫アミノ酸代謝酵素が含まれていた。これらの結果から、炭素源と硫黄源とのリンクが耐性獲得機構の一因であり、含硫アミノ酸代謝に介入することでPtx感受性を増強できることが明らかになった。
Advances in metabolomics technology allowed us to understand the metabolic characteristics in various types of organs and cells. To date, many papers had shown that intracellular local metabolism played important roles in rapid growth, proliferation, and migration for cancer cells. However, we haven't obtained the methodology to survey the spatial information for cellular metabolism in microenvironment yet. In this study, we focused the interactions between glycolytic enzymes and cytoskeleton to migrate for metastasis in cancer cells. The aim of this study is to be elucidated the mechanism which local energy metabolism affects the dynamics of cytoskeleton for the migration.
In our previous study, we established Paclitaxel-resistant cells in vivo. We observed that modification levels of glycolytic enzymes in resistant cells were higher than control cells. Furthermore, we compared metabolic characteristics between naïve and Paclitaxel-resistant cells using mass-labelled glucose. Using metabolome analyses, we demonstrated many metabolic phenotypes in Paclitaxel-resistant cells; activation of glycolysis, Serine synthetic pathway, and increasing in reducing metabolites such as glutathione and hypotaurine. In this year, we observed intracellular levels of protein thiol-sulfhydration (-SSH) among several breast cancer cell line. MDA-MB-468 cells, which is the most resistant cell line against Ptx, showed the highest –SSH thiol modification level. Decreased level of thiol sulfhydration with genetical tools augmented the sensitivity for Ptx. Our results demonstrated that sulfur-containing amino acid metabolism-involving protein thiol modification affected the Ptx sensitivity.