アベマシクリブは、リソソームに由来する細胞質内空胞の形成を特徴とする、がん細胞の非典型的な細胞死を誘導する

Abemaciclib induces atypical cell death in cancer cells characterized by formation of cytoplasmic vacuoles derived from lysosomes.

• Hirotsugu Hino
• Noriyoshi Iriyama
• Hiroko Kokuba
• Hiromi Kazama
• Shota Moriya
• Naoharu Takano
• Masaki Hiramoto
• Shin Aizawa
• Keisuke Miyazawa

抄録

細胞周期において、G / S遷移は、サイクリン依存性キナーゼ（CDK）4/6-サイクリンD複合体によって制御されている。CDK4/6が恒常的に活性化されると、G / S遷移が制御されなくなり、がん化につながるとされている。我々は、3種類のCDK4/6阻害剤（abemaciclib、ribociclib、palbociclib）が、A549ヒト非小細胞肺がん細胞などのがん細胞株において、G期に細胞死作用と細胞静菌作用を示すことを発見した。これらの阻害剤の中では、アベマシクリブが最も強力な細胞殺傷効果を示した。アベマシクリブによって誘導された細胞死の表現型は、複数の細胞質内空胞の形成を伴うものであり、アポトーシスやネクローシスとは一致しなかった。アベマシクリブはオートファジーフラックスを阻害し、その結果、オートファゴソームが蓄積されたが、アベマシクリブによって誘導される空胞形成と細胞死はオートファジーとは無関係であった。また、過剰なマクロピノサイトーシスによる空胞形成を特徴とする細胞死表現型であるメツオーシスは、空胞が蛍光デキストランを取り込まなかったことから除外された。なお、バフィロマイシンA1やコンカナマイシンAなどの液胞型ATPase（V-ATPase）阻害剤により、アベマシクリブによる液胞形成と細胞死誘導はともに抑制された。ライブセルイメージングにより、アベマシクリブにより誘導された液胞は、酸性化により膨張したリソソームに由来することが明らかになった。透過型電子顕微鏡で見ると、これらの空胞には未消化の破片やオルガネラの残骸が含まれていた。Cycloheximide chase assayにより、リソソームのターンオーバーがアベマシクリブによって阻害されることが明らかになった。さらに、アベマシクリブの投与により、mTORC1の阻害とリソソーム膜の部分的な透過が起こった。これらの結果から、アベマシクリブは、がん細胞において、リソソームの膨潤と機能不全を伴うユニークな細胞死を誘導することが明らかになった。

In the cell cycle, the G /S transition is controlled by the cyclin-dependent kinase (CDK) 4/6-cyclin D complex. Constitutive activation of CDK4/6 dysregulates G /S transition, leading to oncogenic transformation. We found that 3 CDK4/6 inhibitors, abemaciclib, ribociclib, and palbociclib, exerted a cytocidal effect as well as a cytostatic effect at the G phase in cancer cell lines, including A549 human non-small cell lung cancer cells. Among these inhibitors, abemaciclib exhibited the most potent cytotoxic effect. The cell-death phenotype induced by abemaciclib, which entailed formation of multiple cytoplasmic vacuoles, was not consistent with apoptosis or necroptosis. Abemaciclib blocked autophagic flux, resulting in accumulation of autophagosomes, however vacuole formation and cell death induced by abemaciclib were independent of autophagy. In addition, methuosis, a cell-death phenotype characterized by vacuole formation induced by excessive macropinocytosis, was excluded because the vacuoles did not incorporate fluorescent dextran. Of note, both formation of vacuoles and induction of cell death in response to abemaciclib were inhibited by vacuolar-type ATPase (V-ATPase) inhibitors such as bafilomycin A1 and concanamycin A. Live-cell imaging revealed that the abemaciclib-induced vacuoles were derived from lysosomes that expanded following acidification. Transmission electron microscopy revealed that these vacuoles contained undigested debris and remnants of organelles. Cycloheximide chase assay revealed that lysosomal turnover was blocked by abemaciclib. Furthermore, mTORC1 inhibition along with partial lysosomal membrane permeabilization occurred after abemaciclib treatment. Together, these results indicate that, in cancer cells, abemaciclib induces a unique form of cell death accompanied by swollen and dysfunctional lysosomes.

© 2020 The Authors. Cancer Science published by John Wiley & Sons Australia, Ltd on behalf of Japanese Cancer Association.