血清中に循環する低分子の活性混合物は、ERストレスを介して癌細胞の増殖を選択的に抑制し、アポトーシスを誘発する

Active mixture of serum-circulating small molecules selectively inhibits proliferation and triggers apoptosis in cancer cells via induction of ER stress.

• Dalma Scheffer
• Gyula Kulcsár
• György Nagyéri
• Marianna Kiss-Merki
• Zoltán Rékási
• Magnus Maloy
• Tamás Czömpöly

抄録

遺伝的・エピジェネティック制御や免疫監視は、がんの発生から生物を守るための防御機構として知られている。我々は、実験的証拠に基づいて、がん細胞内に蓄積された代謝活性の高い低分子が、代替的な抗がん監視システムの役割を果たしている可能性を提案した。これまでに、我々は、通常は血清中に存在する実験的に選択された低分子の混合物（「活性混合物」と定義される）で治療すると、がん細胞に選択的にアポトーシスを誘導し、in vivoでの腫瘍形成を有意に抑制することを報告してきた。本研究では、AM が HeLa、MCF-7、PC-3、Caco-2 癌細胞において小胞体ストレスに特徴的な遺伝子発現変化を誘導することを示したが、ヒト初代腎上皮細胞では誘導しないことを明らかにした。ERストレス経路の活性化は、ATF3, ATF4, CHAC1, DDIT3, GDF15タンパク質のアップレギュレーションによって確認された。メカニズム的には、eIF2α、PERK、IRE1αがAM投与によりリン酸化されることが明らかになり、ERストレスの誘導とAMの抗増殖・プロポトーシス効果が関連していることが明らかになった。また、BBC3やPMAIP1のノックダウンと組み合わせてERストレスを抑制すると、AMの効果は完全に消失した。さらに、AM は mIR-3189-3p を誘導し、ATF3 と DDIT3 の発現を促進することも明らかにした。これらの結果は、低分子化合物が魅力的な抗がん剤であることを示しており、がん治療におけるAMの単独または他のERストレス誘導剤との併用による更なる評価を保証するものである。

Genetic and epigenetic regulation as well as immune surveillance are known defense mechanisms to protect organisms from developing cancer. Based on experimental evidence, we proposed that small metabolically active molecules accumulating in cancer cells may play a role in an alternative antitumor surveillance system. Previously, we reported that treatment with a mixture of experimentally selected small molecules, usually found in the serum (defined 'active mixture', AM), selectively induces apoptosis in cancer cells and significantly inhibits tumor formation in vivo. In this study, we show that the AM elicits gene expression changes characteristic of endoplasmic reticulum (ER) stress in HeLa, MCF-7, PC-3 and Caco-2 cancer cells, but not in primary human renal epithelial cells. The activation of the ER stress pathway was confirmed by the upregulation of ATF3, ATF4, CHAC1, DDIT3 and GDF15 proteins. Mechanistically, our investigation revealed that eIF2α, PERK and IRE1α are phosphorylated upon treatment with the AM, linking the induction of ER stress to the antiproliferative and proapoptotic effects of the AM previously demonstrated. Inhibition of ER stress in combination with BBC3 and PMAIP1 knockdown completely abrogated the effect of the AM. Moreover, we also demonstrated that the AM induces mIR-3189-3p, which in turn enhances the expression of ATF3 and DDIT3, thus representing a possible new feedback mechanism in the regulation of ATF3 and DDIT3 during ER stress. Our results highlight small molecules as attractive anticancer agents and warrant further evaluation of the AM in cancer therapy, either alone or in combination with other ER stress inducing agents.

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