低酸素誘導性第1因子シグナル伝達経路における遺伝子のメチル化と発現の差は、乳がん生存者におけるパクリタキセル誘発末梢神経障害と化学療法誘発神経障害性疼痛の前臨床モデルと関連していた

Differential methylation and expression of genes in the hypoxia-inducible factor 1 signaling pathway are associated with paclitaxel-induced peripheral neuropathy in breast cancer survivors and with preclinical models of chemotherapy-induced neuropathic pain.

• Kord M Kober
• Man-Cheung Lee
• Adam Olshen
• Yvette P Conley
• Marina Sirota
• Michael Keiser
• Marilyn J Hammer
• Gary Abrams
• Mark Schumacher
• Jon D Levine
• Christine Miaskowski

抄録

背景:

パクリタキセルは乳がん治療のための重要な化学療法薬である。パクリタキセル誘発性末梢神経障害（PIPN）は、生存期間中も持続する主要な用量制限毒性である。すべての生存者がPIPNを発症するわけではないが、発症した患者にとっては、機能的状態やQOLに大きな悪影響を及ぼす。PIPNを治療するための介入はない。我々はこれまでの研究で、HIF-1シグナル伝達経路（H1SP）がPIPNを発症した乳がん生存者と発症していない乳がん生存者の間で乱れていることを明らかにした。前臨床研究では、H1SPがボルテゾミブ誘発性末梢神経障害や糖尿病性末梢神経障害、坐骨神経障害の発症に関与していることが示唆されている。本研究の目的は，PIPN のある乳がんサバイバーとない乳がんサバイバーの間で，メチル化と遺伝子発現に差がある H1SP 遺伝子を同定することであった．

BACKGROUND: Paclitaxel is an important chemotherapeutic agent for the treatment of breast cancer. Paclitaxel-induced peripheral neuropathy (PIPN) is a major dose-limiting toxicity that can persist into survivorship. While not all survivors develop PIPN, for those who do, it has a substantial negative impact on their functional status and quality of life. No interventions are available to treat PIPN. In our previous studies, we identified that the HIF-1 signaling pathway (H1SP) was perturbed between breast cancer survivors with and without PIPN. Preclinical studies suggest that the H1SP is involved in the development of bortezomib-induced and diabetic peripheral neuropathy, and sciatic nerve injury. The purpose of this study was to identify H1SP genes that have both differential methylation and differential gene expression between breast cancer survivors with and without PIPN.

方法:

多段階統合解析を行った。末梢血において、マイクロアレイを用いてメチル化をアッセイし、RNA-seqを用いて遺伝子発現をアッセイした。パクリタキセルを受けた生存者とPIPNを発症した（n=25）生存者と発症しなかった（n=25）生存者の間で、メチル化と発現の差があるH1SPの候補遺伝子を同定した。次に、PIPNと坐骨神経損傷の前臨床モデルの公開データセットを用いて、候補遺伝子のメチル化と発現の差があるかどうかを評価した。

METHODS: A multi-staged integrated analysis was performed. In peripheral blood, methylation was assayed using microarray and gene expression was assayed using RNA-seq. Candidate genes in the H1SP having both differentially methylation and differential expression were identified between survivors who received paclitaxel and did (n = 25) and did not (n = 25) develop PIPN. Then, candidate genes were evaluated for differential methylation and differential expression in public data sets of preclinical models of PIPN and sciatic nerve injury.

結果:

生存者におけるメチル化の差動と発現の差動の両方を有する候補遺伝子を8個同定した。特定された8つのホモログのうち、1つはPIPNと「正常」マウス後根神経節の両方で差動発現していること、3つは坐骨神経損傷対シャムラットで前頭前野とT細胞の両方で差動メチル化していること、2つは坐骨神経損傷対シャムラットで前頭前野で差動メチル化していることが確認された。

RESULTS: Eight candidate genes were identified as both differential methylation and differential expression in survivors. Of the eight homologs identified, one was found to be differential expression in both PIPN and "normal" mice dorsal root ganglia; three were differential methylation in sciatic nerve injury versus sham rats in both pre-frontal cortex and T-cells; and two were differential methylation in sciatic nerve injury versus sham rats in the pre-frontal cortex.

結論:

本研究は、慢性 PIPN を有するがんサバイバーにおけるメチル化の有無を評価した初めての研究である。この結果は、がん生存者における慢性PIPNに関連するH1SP遺伝子の発現がエピジェネティックなメカニズムによって制御されている可能性を示すものであり、潜在的な治療標的として検証すべき遺伝子を示唆するものである。

CONCLUSIONS: This study is the first to evaluate for methylation in cancer survivors with chronic PIPN. The findings provide evidence that the expression of H1SP genes associated with chronic PIPN in cancer survivors may be regulated by epigenetic mechanisms and suggests genes for validation as potential therapeutic targets.