がん細胞集団の中には、造腫瘍能の高いがん幹細胞が存在する。がん幹細胞は、抗がん剤治療・放射線治療に抵抗性であり、治療後の再発や遠隔転移にも関わる。SP細胞は、Hoechst33342色素の排出能を持つ細胞であり、この中にがん幹細胞が存在する例が知られている。がん幹細胞は治療困難な細胞であり、がん幹細胞を標的とした新規治療法の開発が望まれている。申請者らは、これまでにエピジェネティック関連のBET阻害剤がSP細胞形質を抑制することを報告している。
本研究では、SP細胞集団を含むがん細胞株A549、HT29を用いてエピジェネティック関連阻害剤のSP細胞の制御について検討した。A549細胞において、BET阻害剤は、SP細胞の割合を減少させた。さらに、A549細胞、HT29細胞のSP細胞集団を種々のHDAC阻害剤で処理したところ、pan-HDAC阻害剤のpanobinostat、LAQ824および、HDAC6を標的として開発されたCAY10603がSP細胞の割合を減少させることを見出した。これらの薬剤は、HDAC6の基質であるα-tublinのアセチル化を亢進させた。さらに、HDAC6に対するsiRNAの導入によってもSP細胞の割合が減少した。以上から、HDAC6を阻害することでSP細胞形質を抑制可能であることが示された。
次に、Hoechst33342を基質に持ち、SP細胞に高発現するトランスポーターであるABCG2の発現を検討した。CAY10603の処理時、ABCG2のmRNAおよびタンパク質の発現量が減少した。さらに、ABCG2の基質であるtopotecanの排出能がCAY10603の処理により低下した。HDAC6の導入時、ABCG2のタンパク質発現が低下することが明らかになった。また、ABCG2の基質であるSN-38をA549、HT29細胞にpanobinostat、CAY10603と共処理するとSN-38の増殖抑制効果が顕著に増大した。
以上の結果から、HDAC6を標的とした薬剤は、がん細胞のSP細胞形質を抑制し、ABCG2の基質である抗がん剤の効果を増強可能であることが示された。
In cancer cell population, cancer stem cells with high tumorigenic potential. Cancer stem cells are resistant to anticancer drug therapy and radiotherapy, and are also involved in recurrence and distant metastasis. Side population (SP) cells are highly capable of exporting Hoechst33342 dye, and cancer stem cells are known to exist in these cells. Cancer stem cells are difficult to treat, and the development of novel therapies targeting cancer stem cells is desired. Previous study have reported that epigenetic-related BET inhibitors suppress SP cell traits.
In this study, we investigated the regulation of SP cells by epigenetic-related inhibitors using cancer cell lines A549 and HT29, which contain SP cell populations. In A549 cells, BET inhibitors reduced the percentage of SP cells. In addition, we treated the SP cell population of A549 and HT29 cells with various HDAC inhibitors and found that the pan-HDAC inhibitors panobinostat, LAQ824, and CAY10603, which was developed to target HDAC6, reduced the percentage of SP cells. These agents increased acetylation of α-tublin, a substrate of HDAC6. Furthermore, siRNA against HDAC6 reduced the percentage of SP cells. These results indicate that HDAC6 inhibition can suppress SP phenotype.
Next, we examined the expression of ABCG2, a transporter that has Hoechst33342 as a substrate and is highly expressed in SP cells. CAY10603 reduced ABCG2 mRNA and protein. Furthermore, the efflux capacity of topotecan, a substrate of ABCG2, was decreased by CAY10603 treatment.
In addition, co-treatment of A549 and HT29 cells with SN-38, a substrate of ABCG2, and panobinostat and CAY10603 markedly increased the growth inhibitory effect of SN-38. HDAC6 knockdown reduced ABCG2 protein levels. Furthermore, the efflux capacity of topotecan, a substrate of ABCG2, was decreased by CAY10603 treatment, indicating that the protein expression of ABCG2 was decreased upon HDAC6 introduction.
These results indicate that drugs targeting HDAC6 can suppress SP phenotype in cancer cells and augment the efficacy of anti-cancer drugs, which are substrate of ABCG2.
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