トリプルネガティブ乳癌のマウスモデルにおける膜融合ミトコンドリアのintratumoral delivery of membraname-fused Mitochondriaの抗腫瘍作用

Antitumor Actions of Intratumoral Delivery of Membrane-Fused Mitochondria in a Mouse Model of Triple-Negative Breast Cancers.

• Jui-Chih Chang
• Huei-Shin Chang
• Yao-Chung Wu
• Wen-Ling Cheng
• Ta-Tsung Lin
• Hui-Ju Chang
• Shou-Tung Chen
• Chin-San Liu

抄録

研究の背景:

ミトコンドリア全体の移植は、アポトーシスや薬剤感受性を誘導するため、乳がん治療に有益であることが実証されているが、in vivoでは、この有益性を示すエビデンスはまだ乏しい。本研究では、三重陰性乳癌モデルマウスを用いて、本能性ミトコンドリア（Mito）とPep-1コンジュゲーション（P-Mito）によって誘導される膜融合形態のミトコンドリアの移植を比較した。

Background: The transfer of whole mitochondria has been demonstrated to be beneficial for treating breast cancer because it induces apoptosis and drug sensitivity; however, in vivo evidence of this benefit remains scant. The present study compared the transplantation of mitochondria with instinctive (Mito) and membrane-fused morphologies induced by Pep-1 conjugation (P-Mito) using a mouse model of triple-negative breast cancers.

材料と方法:

進行した重症免疫不全のマウスは、MDA-MB-231ヒト乳癌細胞を同所性に移植した後、5-ブロモ-2'-デオキシウリジン（BrdU）標識MitoまたはP-Mito（200μg [10μg/μL]）を、週に1回、4週間、多点で皮内注射して移植した。

Materials and Methods: Mice with advanced severe immunodeficiency received orthotopic implantation of MDA-MB-231 human breast cancer cells followed by transplants of 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU)-labeled Mito or P-Mito (200 μg [10 μg/μL]) through intratumoral injection at multiple points once a week for 4 weeks.

結果:

1ヶ月間の連続治療後、BrdU標識ミトコンドリアの8.2%と14.2%が、それぞれMito群とP-Mito群の腫瘍に保存された。Pep-1およびP-Mito投与はいずれも腫瘍重量を減少させ（21.7％±2.43％ vs 40.6％±2.28％）、Ki67染色および血管新生の顕著な阻害をもたらした。しかしながら、P-Mito群のみが明らかな壊死とDNA断片化を示し、酸化ストレスの減少と癌関連線維芽細胞集団のサイズおよび免疫細胞の浸潤の増加を含む腫瘍微小環境の変化を伴っていた。透過型電子顕微鏡画像はさらに、P-Mito群の非壊死領域で少数の末梢ミトコンドリアと融合した核周囲ミトコンドリアの細長いネットワークを明らかにし、ミトコンドリア融合タンパク質とパーキンがミトコンドリア分裂タンパク質と比較して増加していることを明らかにした。

Results: After 1 month of consecutive treatment, 8.2% and 14.2% of the BrdU-labeled mitochondria were preserved in tumors of the Mito and P-Mito groups, respectively. Both Pep-1 and P-Mito treatments reduced tumor weight (21.7% ± 2.43% vs 40.6% ± 2.28%) and led to marked inhibition of Ki67 staining and angiogenesis. However, only the P-Mito group exhibited obvious necrosis and DNA fragmentation accompanied by an altered tumor microenvironment, which included reduced oxidative stress and size of cancer-associated fibroblast populations and enhanced immune cell infiltration. Transmission electron microscopy images further revealed an elongated network of perinuclear mitochondria fused with a few peripheral mitochondria in the nonnecrotic area in the P-Mito group as well as increases in mitochondrial fusion proteins and parkin compared with mitochondrial fission proteins.

結論:

本研究では、ミトコンドリア移植の結果から、ミトコンドリア融合の促進が乳がん治療において重要な調節因子であることが強調された。

Conclusion: In this study, the results of mitochondrial transplantation emphasized that the facilitation of mitochondrial fusion is a critical regulator in breast cancer therapy.

© 2020 Chang et al.