JP2024051970A - Small Cell Lung Cancer Treatment - Google Patents

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JP2024051970A JP2022158382A JP2022158382A JP2024051970A JP 2024051970 A JP2024051970 A JP 2024051970A JP 2022158382 A JP2022158382 A JP 2022158382A JP 2022158382 A JP2022158382 A JP 2022158382A JP 2024051970 A JP2024051970 A JP 2024051970A
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Abstract

【課題】本発明は、小細胞肺がんを処置および/または予防するための治療を目的とする。【解決手段】本発明は、HPRT1の阻害物質、具体的には6-メルカプトプリン、HPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質、またはHPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質およびグルタミン合成酵素の阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医を予防または処置するための医薬組成物に関する。【選択図】なし[Problem] The present invention is aimed at a therapy for treating and/or preventing small cell lung cancer. [Solution] The present invention relates to a pharmaceutical composition for preventing or treating small cell lung cancer, which contains an inhibitor of HPRT1, specifically 6-mercaptopurine, an inhibitor of HPRT1 and a folate synthesis inhibitor, or an inhibitor of HPRT1, a folate synthesis inhibitor and an inhibitor of glutamine synthetase. [Selected Figure] None

Description

本発明は、がん、特に小細胞肺がんの治療の分野に属す。詳細には、本発明は、HPRT1の阻害物質、またはHPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物、およびHPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質およびグルタミン合成酵素の阻害物質を含有する、がんを処置および/または予防するための医薬組成物に関する。 The present invention belongs to the field of cancer, particularly the treatment of small cell lung cancer. In particular, the present invention relates to a pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of HPRT1, or an inhibitor of HPRT1 and a folate synthesis inhibitor, and a pharmaceutical composition for treating and/or preventing cancer, comprising an inhibitor of HPRT1, a folate synthesis inhibitor, and an inhibitor of glutamine synthetase.

小細胞肺がん (SCLC) は、急速な増殖と高い転移性を特徴とする最も悪性度の高いがんの一つである。小細胞肺がんの第一選択薬としてシスプラチンが使用されてきたが、ほとんどの患者は最終的にこの薬剤に対して耐性を獲得し、5年生存率は約7%と非常に低い「治療不可能ながん」と定義されている(非特許文献1、2、3)。シスプラチンは小細胞肺がんの第一選択薬として1984年に承認されたが、それから約40年近くが経過した近年に至るまで、未だ特異的かつ効果的な治療法は開発されていない。小細胞肺がんの臨床試験にて様々な化学療法コンビネーションが実施されたにもかかわらず、小細胞肺がん患者の生存期間の延伸が実現できていない絶望的な状況である(非特許文献3、4)。 Small cell lung cancer (SCLC) is one of the most aggressive cancers, characterized by rapid proliferation and high metastatic potential. Cisplatin has been used as the first-line drug for SCLC, but most patients eventually acquire resistance to this drug, and the cancer is defined as "untreatable" with a very low 5-year survival rate of about 7% (Non-Patent Documents 1, 2, 3). Cisplatin was approved as the first-line drug for SCLC in 1984, but until recently, nearly 40 years later, no specific and effective treatment has been developed. Despite various chemotherapy combinations implemented in clinical trials for SCLC, the survival time of SCLC patients has not been extended, which is a hopeless situation (Non-Patent Documents 3, 4).

直近、免疫チェックポイント療法が進展型小細胞肺がんの全生存期間に一定の効果を示したが、小細胞肺がんは免疫チェックポイント療法に感受性が高い非小細胞肺がんなどと比較し治療抵抗性が高いこととも明らかになり、小細胞肺がんに対する免疫チェックポイント療法の効果の限界が露呈している。このような背景から、小細胞肺がんにおける更なる効果的かつ新規な治療法の樹立が待望されている(非特許文献5、6、7)。小細胞肺がん患者の予後を改善させるためには、小細胞肺がんの悪性性の根源を分子生物学的解析で明確にする必要がある(非特許文献3、8)。近年、小細胞肺がんに包括的な遺伝子プロファイルが明らかになってきたが、その悪性性の詳細は未解明のままである。 Recently, immune checkpoint therapy has shown a certain effect on the overall survival of extensive-stage small cell lung cancer. However, it has become clear that small cell lung cancer is more resistant to treatment than non-small cell lung cancer, which is highly sensitive to immune checkpoint therapy, revealing the limitations of the effectiveness of immune checkpoint therapy for small cell lung cancer. In this context, the establishment of more effective and novel treatment methods for small cell lung cancer is eagerly awaited (Non-Patent Documents 5, 6, 7). In order to improve the prognosis of small cell lung cancer patients, it is necessary to clarify the root cause of the malignancy of small cell lung cancer through molecular biological analysis (Non-Patent Documents 3, 8). In recent years, comprehensive genetic profiles of small cell lung cancer have been revealed, but the details of its malignancy remain unclear.

多くのがん種でデノボ (de novo) 核酸合成経路への依存度が高まっており、特に小細胞肺がんで顕著であることが明らかになってきた(非特許文献9-15)。材料の再利用でなく新たにプリンおよびピリミジンを合成するde novoプリンおよびピリミジン合成は、主に宿主から供給されるグルタミンを窒素として必要とする(非特許文献16)。経口摂取されたグルタミンの大部分は腸管内皮で異化を受け、血流に直接入るグルタミンはごく少量である(非特許文献17、18)。むしろ、血清中のグルタミンは、グルタミン酸とアンモニアからグルタミンを合成するグルタミン合成酵素 (GS) が高度に発現している肺や骨格筋などの臓器から供給される(非特許文献16)。グルタミンは細胞内に取り込まれた後、de novoプリン合成の律速酵素であるホスホリボシル・ピロホスフェート・アミドトランスフェラーゼ (phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase (PPAT)) によって代謝され、グルタミン由来の窒素をプリン前駆体に移行させる。本発明者らはこれまでの研究で、PPATの発現量が小細胞肺がん患者の予後と大きく関係していること、PPATの阻害が小細胞肺がん細胞の増殖抑制に効果的であることを明らかにした(非特許文献20)。プリン核酸は、de novo経路に加え、ヒポキサンチンホスホリボシル二リン酸(PRPP)とヒポキサンチンがヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ1(HPRT1)により代謝されるサルベージ経路でも合成される。しかし、ヒポキサンチンの血漿濃度が1μM程度と低いことから、がんの増殖を支える核酸の需要に対するサルベージ経路の貢献度は不明であった(非特許文献19)。 It has become clear that many types of cancer are increasingly dependent on the de novo nucleic acid synthesis pathway, particularly in small cell lung cancer (Non-Patent Documents 9-15). De novo purine and pyrimidine synthesis, which synthesizes purines and pyrimidines anew rather than recycling materials, requires glutamine, which is mainly supplied from the host, as nitrogen (Non-Patent Document 16). Most of the orally ingested glutamine is catabolized in the intestinal endothelium, and only a small amount of glutamine enters the bloodstream directly (Non-Patent Documents 17, 18). Rather, glutamine in serum is supplied from organs such as the lungs and skeletal muscles, where glutamine synthetase (GS), which synthesizes glutamine from glutamate and ammonia, is highly expressed (Non-Patent Document 16). After being taken up into cells, glutamine is metabolized by phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase (PPAT), the rate-limiting enzyme in de novo purine synthesis, and the nitrogen derived from glutamine is transferred to purine precursors. In previous studies, the inventors have demonstrated that the expression level of PPAT is closely related to the prognosis of small cell lung cancer patients, and that inhibition of PPAT is effective in suppressing the proliferation of small cell lung cancer cells (Non-Patent Document 20). Purine nucleic acids are synthesized not only by the de novo pathway, but also by the salvage pathway, in which hypoxanthine phosphoribosyl diphosphate (PRPP) and hypoxanthine are metabolized by hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1). However, because the plasma concentration of hypoxanthine is low at around 1 μM, the contribution of the salvage pathway to the demand for nucleic acids that support cancer proliferation was unclear (Non-Patent Document 19).

George, J. et al. Comprehensive genomic profiles of small cell lung cancer. Nature 524, 47-53, 14664 (2015).George, J. et al. Comprehensive genomic profiles of small cell lung cancer. Nature 524, 47-53, 14664 (2015). Gazdar, A. F., Bunn, P. A. & Minna, J. D. Small-cell lung cancer: what we know, what we need to know and the path forward. Nat. Rev. Cancer 17, 725-737, 87 (2017).Gazdar, A. F., Bunn, P. A. & Minna, J. D. Small-cell lung cancer: what we know, what we need to know and the path forward. Nat. Rev. Cancer 17, 725-737, 87 (2017). Zhang, W. et al. Small cell lung cancer tumors and preclinical models display heterogeneity of neuroendocrine phenotypes. Transl Lung Cancer Res 7, 32-49, 02.02 (2018).Zhang, W. et al. Small cell lung cancer tumors and preclinical models display heterogeneity of neuroendocrine phenotypes. Transl Lung Cancer Res 7, 32-49, 02.02 (2018). Koinis, F., Kotsakis, A. & Georgoulias, V. Small cell lung cancer (SCLC): no treatment advances in recent years. Transl. Lung Cancer Res. 5, 39-50, (2016).Koinis, F., Kotsakis, A. & Georgoulias, V. Small cell lung cancer (SCLC): no treatment advances in recent years. Transl. Lung Cancer Res. 5, 39-50, (2016). Horn, L. et al. First-Line Atezolizumab plus Chemotherapy in Extensive-Stage Small-Cell Lung Cancer. N. Engl. J. Med. 379, 2220-2229, (2018).Horn, L. et al. First-Line Atezolizumab plus Chemotherapy in Extensive-Stage Small-Cell Lung Cancer. N. Engl. J. Med. 379, 2220-2229, (2018). Sabari, J. K., Lok, B. H., Laird, J. H., Poirier, J. T. & Rudin, C. M. Unravelling the biology of SCLC: implications for therapy. Nat. Rev. Clin. Oncol. 14, 549-561, (2017).Sabari, J. K., Lok, B. H., Laird, J. H., Poirier, J. T. & Rudin, C. M. Unravelling the biology of SCLC: implications for therapy. Nat. Rev. Clin. Oncol. 14, 549-561, (2017). Remon, J. et al. Small cell lung cancer: a slightly less orphan disease after immunotherapy. Ann. Oncol. 32, 698-709, (2021).Remon, J. et al. 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A second Warburg-like effect in cancer metabolism: The metabolic shift of glutamine-derived nitrogen: A shift in glutamine-derived nitrogen metabolism from glutaminolysis to de novo nucleotide biosynthesis contributes to malignant evolution of cancer. Bioessays, (2020).Kodama, M. & Nakayama, K. I. A second Warburg-like effect in cancer metabolism: The metabolic shift of glutamine-derived nitrogen: A shift in glutamine-derived nitrogen metabolism from glutaminolysis to de novo nucleotide biosynthesis contributes to malignant evolution of cancer. Bioessays, (2020). Huang, F. et al. Inosine Monophosphate Dehydrogenase Dependence in a Subset of Small Cell Lung Cancers. Cell Metab. 28, 369-382 e365, (2018).Huang, F. et al. Inosine Monophosphate Dehydrogenase Dependence in a Subset of Small Cell Lung Cancers. Cell Metab. 28, 369-382 e365, (2018). Augert, A. et al. MAX Functions as a Tumor Suppressor and Rewires Metabolism in Small Cell Lung Cancer. Cancer Cell 38, 97-114 e117, (2020).Augert, A. et al. MAX Functions as a Tumor Suppressor and Rewires Metabolism in Small Cell Lung Cancer. Cancer Cell 38, 97-114 e117, (2020). Li, L. et al. Identification of DHODH as a therapeutic target in small cell lung cancer. Sci. Transl. Med. 11, (2019).Li, L. et al. Identification of DHODH as a therapeutic target in small cell lung cancer. Sci. Transl. Med. 11, (2019). Morita, M. et al. PKM1 Confers Metabolic Advantages and Promotes Cell-Autonomous Tumor Cell Growth. Cancer Cell 33, 355-367 e357, (2018).Morita, M. et al. PKM1 Confers Metabolic Advantages and Promotes Cell-Autonomous Tumor Cell Growth. Cancer Cell 33, 355-367 e357, (2018). Ruano-Ravina, A., Provencio-Pulla, M. & Perez-Rios, M. Small Cell Lung Cancer-A Neglected Disease With More Data Needed. JAMA Netw Open 5, e224837, (2022).Ruano-Ravina, A., Provencio-Pulla, M. & Perez-Rios, M. Small Cell Lung Cancer-A Neglected Disease With More Data Needed. JAMA Netw Open 5, e224837, (2022). Lee, J. S. et al. Urea Cycle Dysregulation Generates Clinically Relevant Genomic and Biochemical Signatures. Cell 174, 1559-1570 e1522, (2018).Lee, J. S. et al. Urea Cycle Dysregulation Generates Clinically Relevant Genomic and Biochemical Signatures. Cell 174, 1559-1570 e1522, (2018). Windmueller, H. G. & Spaeth, A. E. Uptake and metabolism of plasma glutamine by the small intestine. J. Biol. Chem. 249, 5070-5079 (1974).Windmueller, H. G. & Spaeth, A. E. Uptake and metabolism of plasma glutamine by the small intestine. J. Biol. Chem. 249, 5070-5079 (1974). Hensley, C. T., Wasti, A. T. & DeBerardinis, R. J. Glutamine and cancer: cell biology, physiology, and clinical opportunities. J. Clin. Invest. 123, 3678-3684, (2013).Hensley, C. T., Wasti, A. T. & DeBerardinis, R. J. Glutamine and cancer: cell biology, physiology, and clinical opportunities. J. Clin. Invest. 123, 3678-3684, (2013). Luengo, A., Gui, D. Y. & Vander Heiden, M. G. Targeting Metabolism for Cancer Therapy. Cell Chem Biol 24, 1161-1180, (2017).Luengo, A., Gui, D. Y. & Vander Heiden, M. G. Targeting Metabolism for Cancer Therapy. Cell Chem Biol 24, 1161-1180, (2017). Kodama, M. et al. A shift in glutamine nitrogen metabolism contributes to the malignant progression of cancer. Nat. Commun. 11, 1320 (2020).Kodama, M. et al. A shift in glutamine nitrogen metabolism contributes to the malignant progression of cancer. Nat. Commun. 11, 1320 (2020).

小細胞肺がんは5年生存率が約7%と非常に予後の悪いがんの一つであり、全肺がんの約15%を占める。その播種的性質により、がんの発見時には多数の転移巣があって既に手術適応がないケースが多い。上記の通り、現在、シスプラチン(cDDP)を中心とした化学療法が行われているが、その奏功率は低く、大きな医学的問題となっており、小細胞肺がんを根本的に治療できる薬物療法は常に求められている。 Small cell lung cancer is one of the cancers with an extremely poor prognosis, with a 5-year survival rate of approximately 7%, and accounts for approximately 15% of all lung cancers. Due to its disseminated nature, by the time the cancer is discovered, there are often numerous metastatic lesions and surgery is no longer an option. As mentioned above, chemotherapy is currently being performed, mainly with cisplatin (cDDP), but the response rate is low, which has become a major medical problem, and there is a constant demand for drug therapies that can fundamentally treat small cell lung cancer.

本発明者らは、小細胞肺がんの患者検体を独自に開発したiMPAQTシステムにより解析し、小細胞肺がんの増殖が核酸合成経路に強く依存していることを突き止めた。特に核酸合成経路の主経路(de novo経路)と副経路(サルベージ経路)を、メトトレキサート(MTX)と6-メルカプトプリン(6-MP)を用いて同時に阻害することで、小細胞肺がん細胞株に対して強い増殖抑制効果をもたらすことできることを見出し、本発明を完成した。 The inventors analyzed patient samples with small cell lung cancer using the iMPAQT system, which they developed independently, and found that the proliferation of small cell lung cancer is strongly dependent on the nucleic acid synthesis pathway. In particular, they discovered that simultaneous inhibition of the main pathway (de novo pathway) and alternative pathway (salvage pathway) of the nucleic acid synthesis pathway using methotrexate (MTX) and 6-mercaptopurine (6-MP) can have a strong proliferation-suppressing effect on small cell lung cancer cell lines, and thus completed the present invention.

したがって、本発明は、以下の態様を含む。
<HPRT1の阻害物質を含有する医薬組成物>
[1]
ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ1 (HPRT1) の阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物。
[2]
HPRT1の阻害物質が、6-メルカプトプリンである、[1]記載の医薬組成物。
[3]
HPRT1の阻害物質が、HPRT1発現の阻害物質である、[1]記載の医薬組成物。
[4]
HPRT1発現の阻害物質が、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質である、[3]記載の医薬組成物:
(a)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
[5]
HPRT1発現の阻害物質が、配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列である、[4]記載の医薬組成物。
[6]
HPRT1発現の阻害物質が、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれる[4]記載の医薬組成物。
[7]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[1]から[6]までのいずれか記載の医薬組成物。
Therefore, the present invention includes the following aspects.
<Pharmaceutical composition containing an HPRT1 inhibitor>
[1]
A pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1).
[2]
The pharmaceutical composition according to [1], wherein the HPRT1 inhibitor is 6-mercaptopurine.
[3]
The pharmaceutical composition described in [1], wherein the HPRT1 inhibitor is an inhibitor of HPRT1 expression.
[4]
The pharmaceutical composition according to [3], wherein the inhibitor of HPRT1 expression is a substance that inhibits the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing.
[5]
The pharmaceutical composition according to [4], wherein the inhibitor of HPRT1 expression is a nucleic acid sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO: 1 of the sequence listing.
[6]
The pharmaceutical composition according to claim 4, wherein the inhibitor of HPRT1 expression is selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme.
[7]
The pharmaceutical composition according to any one of [1] to [6], wherein the small cell lung cancer is resistant to cisplatin.

<HPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質を含有する医薬組成物>
[8]
HPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物。
[9]
HPRT1の阻害物質が、6-メルカプトプリンである、[8]記載の医薬組成物。
[10]
葉酸合成阻害物質が、メトトレキサート、プララトレキサート、ペメトレキセド、およびラルチトレキセドの中から選ばれる、[9]記載の医薬組成物。
[11]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[8]から[11]までのいずれか記載の医薬組成物。
<Pharmaceutical composition containing an HPRT1 inhibitor and a folic acid synthesis inhibitor>
[8]
A pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of HPRT1 and an inhibitor of folic acid synthesis.
[9]
The pharmaceutical composition according to [8], wherein the HPRT1 inhibitor is 6-mercaptopurine.
[10]
The pharmaceutical composition according to [9], wherein the folic acid synthesis inhibitor is selected from methotrexate, pralatrexate, pemetrexed, and raltitrexed.
[11]
The pharmaceutical composition according to any one of [8] to [11], wherein the small cell lung cancer is resistant to cisplatin.

<HPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質およびグルタミン合成酵素の阻害物質を含有する医薬組成物>
[12]
HPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質、およびグルタミン合成酵素 (GS) の阻害物質を含有する、がんを処置および/または予防するための医薬組成物。
[13]
GSの阻害物質が、メチオニンスルホキシミンである、[12]記載の医薬組成物。
[14]
GSの阻害物質が、GS発現の阻害物質である、[12]記載の医薬組成物。
[15]
GS発現の阻害物質が、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質である、[14]記載の医薬組成物:
(a)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
[16]
GS発現の阻害物質が、配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列である、[15]記載の医薬組成物。
[17]
GS発現の阻害物質が、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれる[15]記載の医薬組成物。
[18]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[12]から[17]までのいずれか記載の医薬組成物。
[19]
葉酸合成阻害物質が、メトトレキサート、プララトレキサート、ペメトレキセド、およびラルチトレキセドの中から選ばれる、[12]記載の医薬組成物。
[20]
がんが、小細胞肺がん、膵腺がん、または神経膠芽腫である、[19]記載の医薬組成物。
[21]
がんが、小細胞肺がんである、[20]記載の医薬組成物。
[22]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[21]記載の医薬組成物。
Pharmaceutical Compositions Containing an HPRT1 Inhibitor, a Folic Acid Synthesis Inhibitor, and a Glutamine Synthetase Inhibitor
[12]
A pharmaceutical composition for treating and/or preventing cancer, comprising an inhibitor of HPRT1, an inhibitor of folate synthesis, and an inhibitor of glutamine synthetase (GS).
[13]
The pharmaceutical composition according to [12], wherein the GS inhibitor is methionine sulfoximine.
[14]
The pharmaceutical composition according to [12], wherein the GS inhibitor is an inhibitor of GS expression.
[15]
The pharmaceutical composition according to [14], wherein the inhibitor of GS expression is a substance that inhibits the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing.
[16]
The pharmaceutical composition according to [15], wherein the inhibitor of GS expression is a nucleic acid sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO: 2 of the sequence listing.
[17]
The pharmaceutical composition according to claim 15, wherein the inhibitor of GS expression is selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme.
[18]
The pharmaceutical composition according to any one of [12] to [17], wherein the small cell lung cancer is resistant to cisplatin.
[19]
The pharmaceutical composition according to [12], wherein the folic acid synthesis inhibitor is selected from methotrexate, pralatrexate, pemetrexed, and raltitrexed.
[20]
The pharmaceutical composition according to [19], wherein the cancer is small cell lung cancer, pancreatic adenocarcinoma, or glioblastoma.
[21]
The pharmaceutical composition according to [20], wherein the cancer is small cell lung cancer.
[22]
The pharmaceutical composition according to [21], wherein the small cell lung cancer is cisplatin-resistant.

<小細胞肺がんの予後判定>
[23]
小細胞肺がんにおける予後を判定する方法であって、
(a1)被検体のHPRT1の量(被検バイオマーカー量)を測定する工程、
(b1)被検バイオマーカー量と、健常検体のHPRT1の量(対照バイオマーカー量)とを比較する工程、および
(c1)被検バイオマーカー量が対照バイオマーカー量よりも多い場合に、被検体を、小細胞肺がんの予後不良と判定する方法。
[24]
小細胞肺がんにおける予後を判定することができる、HPRT1であるバイオマーカー。
[25]
小細胞肺がんにおける予後を判定することができるバイマーカーとしての、HPRT1の使用。
<Prognosis of small cell lung cancer>
[23]
A method for determining prognosis in small cell lung cancer, comprising:
(a1) measuring the amount of HPRT1 (test biomarker amount) in a subject;
(b1) comparing the amount of a test biomarker with the amount of HPRT1 in a healthy specimen (a control biomarker amount); and (c1) determining that the specimen has a poor prognosis for small cell lung cancer if the amount of the test biomarker is greater than the amount of the control biomarker.
[24]
A biomarker, HPRT1, that can determine prognosis in small cell lung cancer.
[25]
Use of HPRT1 as a prognostic biomarker in small cell lung cancer.

本発明は、がん、特に小細胞がんを処置および/または予防するための治療を可能とする。 The present invention enables therapies to treat and/or prevent cancer, particularly small cell carcinoma.

図1aからdは全体として、小細胞肺がん患者の腫瘍では、プリンおよびピリミジン核酸合成酵素の高発現が特徴であることを示す。図中、SCLCは小細胞肺がん、NSCLC-Adは肺腺がん、およびNSCLC-Sqは肺扁平上皮がんを示す。図1aは、小細胞肺がん (患者数:12)、肺腺がん (患者数:12) および肺扁平上皮がん (患者数:12) におけるiMPAQTで測定した代謝酵素の階層的クラスタリングのためのヒートマップである。Overall, Figure 1a-d show that tumors from patients with small cell lung cancer are characterized by high expression of purine and pyrimidine nucleic acid synthetases. In the figures, SCLC stands for small cell lung cancer, NSCLC-Ad stands for lung adenocarcinoma, and NSCLC-Sq stands for lung squamous cell carcinoma. Figure 1a shows a heatmap for hierarchical clustering of metabolic enzymes measured by iMPAQT in small cell lung cancer (patients: 12), lung adenocarcinoma (patients: 12), and lung squamous cell carcinoma (patients: 12). 図1bは、小細胞肺がん、肺腺がん、扁平上皮がんにおける代謝酵素の発現パターンを主成分分析により単純化したグラフである。PC1は第1主成分を、PC2は第2主成分をそれぞれ示す。カッコ内の数値は、それぞれの主成分の寄与率である。Figure 1b shows a simplified graph of the expression patterns of metabolic enzymes in small cell lung cancer, lung adenocarcinoma, and squamous cell carcinoma, using principal component analysis. PC1 indicates the first principal component, and PC2 indicates the second principal component. The numbers in parentheses indicate the contribution rate of each principal component. 図1cは、小細胞肺がんおよび肺腺がんの腫瘍において発現が上昇または低下している遺伝子リストに対する代謝酵素の差異発現をGSEAでプロットした、プリンヌクレオチドおよびピリミジンヌクレオチド合成酵素群の発現についての結果を示す。FIG. 1c shows the results for expression of purine nucleotide and pyrimidine nucleotide synthesis enzymes plotted by GSEA against a list of genes that are up- or down-regulated in small cell lung cancer and lung adenocarcinoma tumors. 図1dは、小細胞肺がんおよび扁平上皮がんの腫瘍において発現が上昇または低下している遺伝子リストに対する代謝酵素の差異発現をGSEAでプロットした、プリンヌクレオチドおよびピリミジンヌクレオチド合成酵素群の発現についての結果を示す。FIG. 1d shows the results for expression of purine and pyrimidine nucleotide synthesis enzymes plotted by GSEA against a list of genes that are up- or down-regulated in small cell lung cancer and squamous cell carcinoma tumors.

図2aからfは全体として、小細胞肺がんでは、核酸合成酵素HPRT1が特徴であることを示す。図2aは、小細胞肺がん対肺腺がん、小細胞肺がん対肺扁平上皮がんで発現量の異なる核酸合成酵素を描いた火山プロットである。Overall, Figures 2a-f show that the nucleic acid synthesis enzyme HPRT1 is a feature of small cell lung cancer. Figure 2a is a volcano plot depicting differential expression of nucleic acid synthesis enzymes in small cell lung cancer versus lung adenocarcinoma and in small cell lung cancer versus lung squamous cell carcinoma. 図2bは、肺腺がんと肺扁平上皮がんと比較して、小細胞肺がんで発現量が有意に増加している核酸合成酵素を描いたベン図である。FIG. 2b is a Venn diagram depicting nucleic acid synthesis enzymes whose expression levels are significantly increased in small cell lung cancer compared to lung adenocarcinoma and lung squamous cell carcinoma. 図2cは、小細胞肺がん、肺腺がんまたは扁平上皮がんのHPRT1、DUTおよびPOLR2Fの発現量を示したボックスプロットである。FIG. 2c is a box plot showing the expression levels of HPRT1, DUT and POLR2F in small cell lung cancer, lung adenocarcinoma or squamous cell carcinoma. 図2dは、腫瘍サイズ3 cm以下と、3 cmより大きなものとに分けて酵素発現量の比較を行った図である。HPRT1はDUTやPOLF2Fと比較し、腫瘍サイズが大きくなるほど発現量が増加する傾向があることが明らかになった。Figure 2d shows a comparison of the enzyme expression levels in tumors with sizes of 3 cm or less and those with sizes greater than 3 cm. Compared with DUT and POLF2F, it was revealed that the expression level of HPRT1 tends to increase with tumor size. 図2eは、小細胞肺がん患者の正常組織 (n=6) またはがん組織 (n=6) におけるHPRT1、DUT、POLR2Fの発現量の比較解析の結果を示す。Figure 2e shows the results of a comparative analysis of the expression levels of HPRT1, DUT, and POLR2F in normal tissues (n = 6) or cancer tissues (n = 6) from small cell lung cancer patients. 図2fは、小細胞肺がん患者について、がん組織におけるHPRT1、DUT、およびPOLR2F遺伝子の発現量が高い (High) または低い (Low) 場合を対比したカプラン・マイヤー生存率解析の結果を示す。患者は、タンパク質発現レベルの中央値によって分けた。Figure 2f shows the results of Kaplan-Meier survival analysis of patients with small cell lung cancer with high or low expression of HPRT1, DUT, and POLR2F genes in their tumor tissues. Patients were divided by median protein expression levels. 図3aは、小細胞肺がんにおけるHPRT1の予後への影響を示す、小細胞肺がん患者からの腫瘍における免疫組織化学染色 (IHC) によるHPRT1の画像写真である。写真中、矢印は、HPRT1陽性細胞を示す。Figure 3a shows images of HPRT1 by immunohistochemistry (IHC) in tumors from patients with small cell lung cancer, showing the prognostic impact of HPRT1 in this cancer. In the images, arrows indicate HPRT1-positive cells. 図3bは、HPRT1の発現レベルが高い試料 (実線) または低い試料 (破線) を対比した、小細胞肺がんのカプラン・マイヤー生存率解析の結果を示す。患者の診断は、WHO肺腫瘍分類に基づく。Figure 3b shows the results of a Kaplan-Meier survival analysis of small cell lung cancer samples with high (solid line) or low (dashed line) HPRT1 expression levels. Patient diagnoses were based on the WHO lung tumor classification. 図4aからgは全体として、HPRT1の遺伝子破壊は、小細胞肺がんの腫瘍形成性を減弱させることを示す。図4aは、6-メルカプトプリン (6-MP) に対する小細胞肺がん細胞株 (n=10)およびその他のがんパネル (n=20) の細胞生存率の用量反応曲線 (n=4) を示す。Overall, Figure 4a-g show that genetic disruption of HPRT1 attenuates the tumorigenicity of small cell lung cancer. Figure 4a shows dose-response curves (n=4) of cell viability in small cell lung cancer cell lines (n=10) and a panel of other cancers (n=20) to 6-mercaptopurine (6-MP). 図4bは、AAVS1対照、HPRT1-KO#1、HPRT1-KO#3ならびにヒトHPRT1過剰発現HPRT1-OE小細胞肺がん細胞株 (HPRT1-KO#1およびHPRT1-KO#3) におけるHPRT1およびHsp90 (ローディング対照)の免疫ブロット分析の結果である。Figure 4b shows the results of immunoblot analysis of HPRT1 and Hsp90 (loading control) in AAVS1 control, HPRT1-KO#1, HPRT1-KO#3, and human HPRT1-overexpressing HPRT1-OE small cell lung cancer cell lines (HPRT1-KO#1 and HPRT1-KO#3). 図4cは、HPRT1欠損細胞 (HPRT1-KO#1およびHPRT1-KO#3) に外来性のHPRT1を過剰発現させ、細胞生存率に対する影響を調べた結果である。FIG. 4c shows the results of overexpressing exogenous HPRT1 in HPRT1-deficient cells (HPRT1-KO#1 and HPRT1-KO#3) and examining the effect on cell viability. 図4dは、AAVS1対照、HPRT1-KO#1、HPRT1-KO#3 ならびにヒトHPRT1過剰発現HPRT1-OE小細胞肺がん細胞株 (HPRT1-KO#1およびHPRT1-KO#3) における、生理的培地を用いた2次元培養の際の小細胞肺がん細胞の増殖効率の結果である。n=4。Figure 4d shows the results of the proliferation efficiency of small cell lung cancer cells in 2D culture using physiological medium in the AAVS1 control, HPRT1-KO#1, HPRT1-KO#3, and human HPRT1-overexpressing HPRT1-OE small cell lung cancer cell lines (HPRT1-KO#1 and HPRT1-KO#3). n=4. 図4eは、AAVS1対照、HPRT1-KO#1、HPRT1-KO#3 ならびにヒトHPRT1過剰発現HPRT1-OE小細胞肺がん細胞株 (HPRT1-KO#1およびHPRT1-KO#3) における、生理的培地を用いた3次元培養の際の小細胞肺がん細胞の増殖効率の結果である。n=4。Figure 4e shows the results of proliferation efficiency of small cell lung cancer cells in 3D culture using physiological medium in AAVS1 control, HPRT1-KO#1, HPRT1-KO#3, and human HPRT1 overexpressing HPRT1-OE small cell lung cancer cell lines (HPRT1-KO#1 and HPRT1-KO#3). n=4. 図4fは、de novo プリン代謝およびサルベージ代謝の模式図である。FIG. 4f is a schematic diagram of de novo purine metabolism and salvage metabolism. 図4gは、MTXで処理したAAVS1対照細胞およびHPRT1-KO 小細胞肺がん細胞株 (SBC-3およびSBC-5) の細胞生存率の用量反応曲線である。FIG. 4g shows the dose-response curves of cell viability of AAVS1 control cells and HPRT1-KO small cell lung cancer cell lines (SBC-3 and SBC-5) treated with MTX. 図4hは、マウス担がん移植アッセイにおいて、HPRT1欠損が腫瘍形成に及ぼす影響を調べた結果を示す。データは平均+s. d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test); NS, 有意差無し。Figure 4h shows the effect of HPRT1 deficiency on tumor formation in mouse tumor-bearing transplantation assays. Data are mean + s.d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test); NS, not significant. 図5aからcは全体として、ヌクレオチド救済代謝は、グルタミン飢餓下の小細胞肺がん細胞の成長を促進することを示す。図5aは、サルベージプリン核酸合成で使用される基質ヒポキサンチンをグルタミン飢餓培地へ添加することによるSBC-3およびSBC-5細胞の増殖に及ぼす影響を調べた結果である。Overall, Figures 5a-c show that nucleotide salvage metabolism promotes the growth of glutamine-starved small cell lung cancer cells. Figure 5a shows the effect of adding hypoxanthine, a substrate used in salvage purine nucleic acid synthesis, to glutamine-starved medium on the proliferation of SBC-3 and SBC-5 cells. 図5bは、グルタミン飢餓の間に6-MPで96時間処理したSBC-3およびSBC-5細胞の細胞生存率の用量反応曲線である (n=4)。FIG. 5b is a dose-response curve of cell viability of SBC-3 and SBC-5 cells treated with 6-MP for 96 hours during glutamine starvation (n=4). 図5cは、6-MP処理とグルタミン飢餓の組み合わせが小細胞肺がん細胞株の増殖に及ぼす影響を調べた結果である。データは平均値+s.d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test) ; NS, 有意差なし。Figure 5c shows the effect of 6-MP treatment combined with glutamine starvation on the proliferation of small cell lung cancer cell lines. Data are mean + s.d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test); NS, not significant. 図6aからeは全体として、宿主のグルタミン代謝の攪乱が、小細胞肺がんにおけるヌクレオチド救済阻害の感受性を呼び起こすことを示す。図6aは、グルタミン合成酵素 (GS) の化学反応の模式図である。Collectively, Figures 6a-e show that perturbation of host glutamine metabolism evokes sensitivity to nucleotide rescue inhibition in small cell lung cancer. Figure 6a is a schematic diagram of the chemical reaction of glutamine synthetase (GS). 図6bは、SBC-3およびSBC-5細胞を、様々なグルタミン濃度 (0、300、600μM) の条件下でMSO処理し、それら小細胞肺がん細胞の成長を調べた結果である。血漿中のグルタミンおよびグルタミン酸は、グルタミン/グルタメート-Glo (Promega) を用いて測定した。図中、太線は、平均値を示す。Figure 6b shows the growth of small cell lung cancer cells SBC-3 and SBC-5 treated with MSO under various glutamine concentrations (0, 300, 600 μM). Plasma glutamine and glutamate were measured using Glutamine/Glutamate-Glo (Promega). The thick line in the figure indicates the mean value. 図6bは、グルタミン飢餓状態で96時間MSO処理したSBC-3とSBC-5の細胞生存率の用量反応曲線を示す (n=4)。FIG. 6b shows dose-response curves of cell viability of SBC-3 and SBC-5 cells treated with MSO for 96 hours under glutamine starvation conditions (n=4). 図6dは、MSO単独投与、MSOと6-MPの併用、およびMSOと6-MPおよびMTXによる追加併用による、ヌードマウスにおけるSBC-3およびSBC-5細胞株の腫瘍重量の変化を示す。データは平均値+s.d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test) ; NS, 有意差なし。Figure 6d shows the change in tumor weight of SBC-3 and SBC-5 cell lines in nude mice by administration of MSO alone, MSO in combination with 6-MP, and MSO in combination with 6-MP and MTX. Data are mean + s.d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test); NS, not significant. 図6eは、MSO単独投与、MSOと6-MPの併用、およびMSOと6-MPおよびMTXによる追加併用による、ヌードマウスにおけるSBC-3およびSBC-5細胞株の生存率解析の結果を示す。データは平均値+s.d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test) ; NS, 有意差なし。Figure 6e shows the results of viability analysis of SBC-3 and SBC-5 cell lines in nude mice treated with MSO alone, MSO in combination with 6-MP, and MSO in combination with 6-MP and MTX. Data are mean + s.d. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001 (Student t-test); NS, not significant. 図7aからhは全体として、MTXと6-MPの組み合わせは、シスプラチン耐性小細胞肺がんに対する有効な治療介入を提供できることを示す。図7aは、シスプラチン (cDDP) で96時間処理したcDDP耐性MS-1-LおよびSTC-1細胞の細胞生存率の用量反応曲線を示す (n=4)。小細胞肺がん細胞をCmaxの濃度で48時間培養し、30日以内に生き残った細胞集団が耐性-1 (R1)、このサイクルを3回繰り返し、シスプラチン耐性集団が耐性-3 (R3) である。Overall, Figure 7a-h show that the combination of MTX and 6-MP can provide an effective therapeutic intervention against cisplatin-resistant small cell lung cancer. Figure 7a shows the dose-response curves of cell viability of cDDP-resistant MS-1-L and STC-1 cells treated with cisplatin (cDDP) for 96 hours (n=4). Small cell lung cancer cells were cultured with the Cmax concentration for 48 hours, and the cell population that survived within 30 days was designated resistant-1 (R1), and this cycle was repeated three times, resulting in a cisplatin-resistant population designated resistant-3 (R3). 図7bは、シスプラチン耐性小細胞肺がんMS-1-LおよびMS-1-L R3のインビボでのシスプラチン耐性を確認した結果である。FIG. 7b shows the results confirming in vivo cisplatin resistance of cisplatin-resistant small cell lung cancer cells MS-1-L and MS-1-L R3. 図7cは、シスプラチン耐性小細胞肺がんSTC-1およびSTC-1 R3のインビボでのシスプラチン耐性を確認した結果である。FIG. 7c shows the results of confirming in vivo cisplatin resistance of cisplatin-resistant small cell lung cancer cells STC-1 and STC-1 R3. 図7dは、6-MP、MTXもしくは6-MP+MTXで処理したcDDP耐性MS-1-LおよびSTC-1細胞の細胞生存率の用量反応曲線を示す (n=4)。FIG. 7d shows dose-response curves of cell viability of cDDP-resistant MS-1-L and STC-1 cells treated with 6-MP, MTX, or 6-MP+MTX (n=4). 図7eは、6-MP、MTXもしくは6-MP+MTXで処理したシスプラチン耐性小細胞肺がんMS-1-L R3およびSTC-1 R3における腫瘍体積を調べた結果である。FIG. 7e shows the results of investigating the tumor volume in cisplatin-resistant small cell lung cancer MS-1-L R3 and STC-1 R3 treated with 6-MP, MTX, or 6-MP+MTX. 図7fは、6-MP、MTXもしくは6-MP+MTXで処理したシスプラチン耐性小細胞肺がんMS-1-L R3およびSTC-1 R3におけるカプラン-マイヤー生存曲線の結果である。FIG. 7f shows the results of Kaplan-Meier survival curves in cisplatin-resistant small cell lung cancer MS-1-L R3 and STC-1 R3 treated with 6-MP, MTX, or 6-MP+MTX.

本発明はひとつの実施形態において、ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ1 (HPRT1) の阻害物質、例えば6-メルカプトプリン (6-MP) を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物を提供する。 In one embodiment, the present invention provides a pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1), such as 6-mercaptopurine (6-MP).

HPRT1は、生物に含まれているプリン塩基の合成および分解の代謝経路であるプリン代謝に関係している酵素である。本発明において、小細胞肺がん治療では、プリン合成経路は有望な標的であることが見出された。また、HPRT1が高発現し、代謝活性が高い細胞は、HPRT1の代謝活性を競合的に阻害する作用を有する6-MPに対する感受性が亢進すると考えられる。本発明において、小細胞肺がんの細胞株では、他のがん細胞と比較し、6-MPに対する増殖阻害感受性が高いことが示され、このことから、小細胞肺がんはHPRT1活性が高いことが推測された(図4)。 HPRT1 is an enzyme involved in purine metabolism, which is a metabolic pathway for the synthesis and decomposition of purine bases contained in living organisms. In the present invention, it was found that the purine synthesis pathway is a promising target for the treatment of small cell lung cancer. It is also believed that cells with high HPRT1 expression and high metabolic activity have enhanced sensitivity to 6-MP, which has the effect of competitively inhibiting the metabolic activity of HPRT1. In the present invention, it was shown that small cell lung cancer cell lines are more sensitive to growth inhibition by 6-MP than other cancer cells, and from this, it was inferred that small cell lung cancer has high HPRT1 activity (Figure 4).

HPRT1をコードする核酸配列またはDNA配列は次の通りである。
atg gcgacccgca gccctggcgt cgtgattagtgatgatgaac caggttatga ccttgattta ttttgcatac ctaatcatta tgctgaggatttggaaaggg tgtttattcc tcatggacta attatggaca ggactgaacg tcttgctcgagatgtgatga aggagatggg aggccatcac attgtagccc tctgtgtgct caaggggggctataaattct ttgctgacct gctggattac atcaaagcac tgaatagaaa tagtgatagatccattccta tgactgtaga ttttatcaga ctgaagagct attgtaatga ccagtcaacaggggacataa aagtaattgg tggagatgat ctctcaactt taactggaaa gaatgtcttgattgtggaag atataattga cactggcaaa acaatgcaga ctttgctttc cttggtcaggcagtataatc caaagatggt caaggtcgca agcttgctgg tgaaaaggac cccacgaagtgttggatata agccagactt tgttggattt gaaattccag acaagtttgt tgtaggatatgcccttgact ataatgaata cttcagggat ttgaatcatg tttgtgtcat tagtgaaactggaaaagcaa aatacaaagc ctaa(配列番号1)
The nucleic acid or DNA sequence encoding HPRT1 is as follows:
atg gcgacccgca gccctggcgt cgtgattagtgatgatgaac caggttatga ccttgattta ttttgcatac ctaatcatta tgctgaggatttggaaaggg tgtttattcc tcatggacta attatggaca ggactgaacg tcttgctcgagatgtgatga aggagatggg aggccatcac attgtagccc tctgtgtgct caaggggggctataaattct ttgctgacct gctggattac atcaaagcac tgaatagaaa tagtgatagatccattccta tgactgtaga ttttatcaga ctgaagagct attgtaatga ccagtcaacaggggacataa aagtaattgg tggagatgat ctctcaactt taactggaaa gaatgtcttgattgtggaag atataattga cactggcaaa acaatgcaga ctttgctttc cttggtcaggcagtataatc caaagatggt caaggtcgca agcttgctgg tgaaaaggac cccacgaagtgttggatata agccagactt tgttggattt gaaattccag acaagtttgt tgtaggatatgcccttgact ataatgaata cttcagggat ttgaatcatg tttgtgtcat tagtgaaactggaaaagcaa aatacaaagc ctaa (SEQ ID NO: 1)

本発明において、「阻害物質」の「阻害」とは、HPRT1タンパク質の発現またはその活性を阻害または抑制することにより、HPRT1活性としてのプリン代謝を遅延または停止させるプロセスを意味する。 In the present invention, the term "inhibition" in "inhibitor" refers to the process of slowing down or stopping purine metabolism as HPRT1 activity by inhibiting or suppressing the expression or activity of the HPRT1 protein.

本発明において、ひとつの実施態様として、HPRT1の阻害物質は、6-メルカプトプリンが挙げられる。6-メルカプトプリンは、化学名が1,7-ジヒドロ-6H-プリン-6-チオンであり、現在、小児急性白血病のみならず、成人急性白血病にもすぐれた効果が認められている。6-MPは、現在ヒト白血病治療に利用されているため、安全性については問題が少ないと考えられる。 In one embodiment of the present invention, the inhibitor of HPRT1 is 6-mercaptopurine. The chemical name of 6-mercaptopurine is 1,7-dihydro-6H-purine-6-thione, and it has been shown to be highly effective not only in treating acute childhood leukemia, but also in treating acute adult leukemia. 6-MP is currently used in the treatment of human leukemia, so there are few safety concerns.

本発明において、別の実施態様として、HPRT1の阻害物質は、HPRT1発現の阻害物質が挙げられる。この態様において、HPRT1発現の阻害物質は、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質が挙げられる:
(a)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
In another embodiment of the present invention, the inhibitor of HPRT1 is an inhibitor of HPRT1 expression. In this embodiment, the inhibitor of HPRT1 expression is a substance that inhibits the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing.

本発明において、HPRT1発現の阻害物質は具体的には、配列表の配列番号1に示す塩基配列を含む核酸と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列が挙げられる。 In the present invention, specific examples of inhibitors of HPRT1 expression include nucleic acid sequences that hybridize under stringent conditions with a base sequence complementary to a nucleic acid containing the base sequence shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing.

本発明においてmRNAとは、標的核酸によりコードされるmRNA、または標的核酸によりコードされるタンパク質をコードするものであればいずれでもよい。好ましくはHPRT1の核酸配列でコードされるmRNAである。 In the present invention, the mRNA may be any mRNA encoded by a target nucleic acid or one that encodes a protein encoded by a target nucleic acid. Preferably, the mRNA is encoded by the nucleic acid sequence of HPRT1.

本発明の一実施態様では、HPRT1発現の阻害物質として、好ましくは、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれるものが挙げられる。 In one embodiment of the present invention, the inhibitor of HPRT1 expression is preferably selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme.

本発明のリボザイムとはDNA制限エンドヌクレアーゼと類似の機構により他の一本鎖RNA分子を特異的に切断するRNA分子を意味する。既知の手法によりRNAの核酸配列を適宜修飾することにより、RNA一本鎖中の特定の塩基配列を認識し切断するリボザイムを作製することができる(Science, 239, p. 1412-1416, 1988)。 The ribozyme of the present invention refers to an RNA molecule that specifically cleaves other single-stranded RNA molecules by a mechanism similar to that of DNA restriction endonucleases. By appropriately modifying the nucleic acid sequence of RNA using known techniques, it is possible to prepare a ribozyme that recognizes and cleaves a specific base sequence in a single-stranded RNA (Science, 239, p. 1412-1416, 1988).

本発明の siRNAとは、核酸配列(標的核酸)の発現を抑制する二本鎖RNAを指し、「RNAi剤」、「短鎖干渉性RNA」、「短鎖干渉性核酸」、「siNA」を意味し、配列特異的なRNA干渉(RNAi)または遺伝子サイレンシングを介して遺伝子発現またはウイルス複製を阻害または下向き調節することのできる核酸分子である。これは、RNAのみからなるものであってもよいし、DNAとRNAとの融合体であってもよい。該siRNAは標的核酸およびNCBIデータベースの検索により得られた情報から常法に従い作製することができる。siRNAオリゴヌクレオチドの設計においては、標的核酸がコードするmRNAのコーディング領域のうち、できるだけGC含有率が50%に近い配列を選択する。GC含有率は45%から55%の間が理想的である。AUGスタートコドン付近の50から100ヌクレオチドまたはターミネーションコドン付近の50から100ヌクレオチドの領域は避け、AA(アデニン・アデニン)に続く19ヌクレオチドを選択し、このセンス鎖19ヌクレオチドの3’末端にはdTdT(デオキシチミン・デオキシチミン)をオーバーハングとして付加する。オーバーハングは、RNAオリゴまたはRNA/DNAのキメラオリゴから選択できる。2塩基のオーバーハングとして通常、チミン(TT)やウラシル(UU)が使用されるが、その他のオーバーハングを使用することもできる。しかし、 siRNA末端を平滑にする、5’末端のみをオーバーハングにする、オーバーハングの長さを変えることにより、RNAi効果に影響を与える場合がある。該ヌクレオチドの塩基配列中には3 個以上のグアノシンまたはシトシンが連続している配列は避けるべきであり、他のどの遺伝子とも相同性がないことを確認する必要がある。アンチセンス鎖はセンス19ヌクレオチドの相補鎖とし、3’末端にはdTdTを付加する。こうして設計された塩基配列に基づき、センス鎖、アンチセンス鎖をDNA/RNA合成機で合成する。合成されたセンス鎖およびアンチセンス鎖は、NAP-10カラムなどによって精製後、濃縮乾燥し、再度バッファーに溶解して加熱し、アニーリングさせて二本鎖のsiRNAとする。DNA/RNA合成機によるsiRNAの調製法以外に、本発明のsiRNA標的配列をループ配列とともに発現ベクターに組み込み、細胞内で発現させて標的核酸の発現を抑制することも可能である。また、本発明のsiRNA標的配列のセンス鎖、アンチセンス鎖を別々に細胞内で発現させて、細胞内でハイブリダイズさせてsiRNAとし標的核酸の発現を抑制することも可能である。更には本発明のsiRNA標的配列を含む長いdsRNAを細胞内に導入して、細胞内で切断してsiRNAとし、標的核酸の発現を抑制することも可能である。 The siRNA of the present invention refers to double-stranded RNA that suppresses the expression of a nucleic acid sequence (target nucleic acid), and means "RNAi agent", "short interfering RNA", "short interfering nucleic acid", or "siNA", and is a nucleic acid molecule that can inhibit or down-regulate gene expression or viral replication through sequence-specific RNA interference (RNAi) or gene silencing. It may be composed of only RNA, or may be a fusion of DNA and RNA. The siRNA can be prepared according to a conventional method from the target nucleic acid and information obtained by searching the NCBI database. In designing siRNA oligonucleotides, a sequence with a GC content as close to 50% as possible is selected from the coding region of the mRNA encoded by the target nucleic acid. The GC content is ideally between 45% and 55%. The region of 50 to 100 nucleotides near the AUG start codon or 50 to 100 nucleotides near the termination codon is avoided, and 19 nucleotides following AA (adenine-adenine) are selected, and dTdT (deoxythymine-deoxythymine) is added to the 3' end of this sense strand 19 nucleotides as an overhang. The overhang can be selected from RNA oligos or RNA/DNA chimeric oligos. Thymine (TT) or uracil (UU) is usually used as a two-base overhang, but other overhangs can also be used. However, the RNAi effect may be affected by blunting the siRNA end, overhanging only the 5' end, or changing the length of the overhang. The base sequence of the nucleotide should avoid sequences with three or more consecutive guanosines or cytosines, and it is necessary to confirm that there is no homology with any other genes. The antisense strand is a complementary strand of the sense 19 nucleotides, and dTdT is added to the 3' end. Based on the base sequence designed in this way, the sense strand and the antisense strand are synthesized using a DNA/RNA synthesizer. The synthesized sense strand and antisense strand are purified using a NAP-10 column or the like, concentrated and dried, dissolved again in a buffer, heated, and annealed to form a double-stranded siRNA. In addition to the method of preparing siRNA using a DNA/RNA synthesizer, it is also possible to incorporate the siRNA target sequence of the present invention together with a loop sequence into an expression vector and express it in a cell to suppress the expression of the target nucleic acid. It is also possible to express the sense strand and antisense strand of the siRNA target sequence of the present invention separately in a cell, hybridize them in the cell to form siRNA, and suppress the expression of the target nucleic acid. Furthermore, it is also possible to introduce a long dsRNA containing the siRNA target sequence of the present invention into a cell, cleave it in the cell to form siRNA, and suppress the expression of the target nucleic acid.

本発明のsiRNAは、HPRT1の核酸配列の発現を阻害することから、標的核酸の発現を調節する物質として、小細胞肺がんを予防または治療する医薬組成物として利用可能である。 The siRNA of the present invention inhibits the expression of the nucleic acid sequence of HPRT1, and therefore can be used as a substance that regulates the expression of a target nucleic acid, as a pharmaceutical composition for preventing or treating small cell lung cancer.

本発明のアンチセンス配列を有する核酸配列(単に、アンチセンスと呼ぶことがある)とは、標的核酸の発現を抑制する塩基配列を有する核酸であり、常法に従って作製される。まず、標的核酸がコードするmRNAの標的候補部位を選択するが、この選択方法としては、エネルギー計算に基づくmRNA高次構造予測法(Methods in Enzymol., 180, p. 262, 1989; Ann. Rev. Biophys. Biophys. Chem., 17, p. 167, 1988)、ランダムオリゴ/RNase H法(Nucleic Acid Res., 25, p. 5010, 1997)、逆転写酵素法(Nature Biotech, 15, p. 537, 1997)、蛍光核酸プローブ法(Nucleic Acid Res., 27, p. 2387, 1999)、FRET法(Biochemistry, 31, p. 12055, 1992)などが使用できる。次に選択したmRNAの候補領域からアンチセンスオリゴヌクレオチドの配列を決定する。このとき、アンチセンスオリゴヌクレオチドの鎖長は15~30量体が一般的であり、アンチセンスオリゴヌクレオチド自体が自ら二重鎖や自己ステム-ループ構造を形成しないようにし、Gが4個以上連続して並ぶ配列はタンパク質と相互作用する可能性が高いので避け、アンチセンスオリゴヌクレオチド中の「CpG」配列はB細胞のレセプターに結合するので避けて設計する。アンチセンスオリゴヌクレオチドの構造としては、リン酸結合型(天然型、ホスホロチオエート型、メチルホスホネート型、ホスホロアミデート型、2'-O-メチル型)や非リン酸型(モルフォリデート型、ポリアミド核酸)などの選択肢がある。また、細胞透過性を高めるためにペプチドやコレステロールを導入し、またはアルキル化剤や光架橋剤を導入して架橋性能を持たせることも可能である。このように設計したアンチセンスオリゴヌクレオチドはDNA合成機などによって調製し、逆相HPLC、イオン交換HPLC、ゲル電気泳動法、エタノール沈殿などによって精製する。 A nucleic acid sequence having an antisense sequence of the present invention (sometimes simply referred to as antisense) is a nucleic acid having a base sequence that suppresses the expression of a target nucleic acid, and is prepared according to conventional methods. First, a candidate target site of the mRNA encoded by the target nucleic acid is selected. As a selection method, an mRNA higher-order structure prediction method based on energy calculation (Methods in Enzymol., 180, p. 262, 1989; Ann. Rev. Biophys. Biophys. Chem., 17, p. 167, 1988), a random oligo/RNase H method (Nucleic Acid Res., 25, p. 5010, 1997), a reverse transcriptase method (Nature Biotech, 15, p. 537, 1997), a fluorescent nucleic acid probe method (Nucleic Acid Res., 27, p. 2387, 1999), a FRET method (Biochemistry, 31, p. 12055, 1992), etc. can be used. Next, the sequence of the antisense oligonucleotide is determined from the candidate region of the selected mRNA. In this case, the chain length of the antisense oligonucleotide is generally 15-30 mer, and the antisense oligonucleotide is designed so that it does not form a double strand or a self-stem-loop structure, and a sequence with four or more consecutive Gs is avoided because it is likely to interact with proteins, and the "CpG" sequence in the antisense oligonucleotide is avoided because it binds to the receptor of B cells. The structure of the antisense oligonucleotide can be selected from phosphate-linked types (natural type, phosphorothioate type, methylphosphonate type, phosphoramidate type, 2'-O-methyl type) and non-phosphate types (morpholidate type, polyamide nucleic acid). It is also possible to introduce peptides or cholesterol to increase cell permeability, or to give crosslinking ability by introducing alkylating agents or photocrosslinking agents. The antisense oligonucleotide designed in this way is prepared by a DNA synthesizer or the like, and purified by reverse phase HPLC, ion exchange HPLC, gel electrophoresis, ethanol precipitation, etc.

本発明のアンチセンス配列を有する核酸は標的核酸(HPRT1の核酸配列)の発現を阻害することから、標的核酸の発現を調節する物質として、小細胞肺がんを予防または治療する医薬組成物として利用可能である。 The nucleic acid having the antisense sequence of the present invention inhibits the expression of the target nucleic acid (the nucleic acid sequence of HPRT1), and can therefore be used as a substance that regulates the expression of the target nucleic acid, as a pharmaceutical composition for preventing or treating small cell lung cancer.

<HPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質を含有する医薬組成物>
本発明は別の実施形態において、HPRT1の阻害物質、例えば6-メルカプトプリン、および葉酸合成阻害物質、例えばメトトレキサート、プララトレキサート、ペメトレキセド、またはラルチトレキセドを含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物に関する。本発明において、HPRT1阻害とMTXの併用が小細胞肺がんに対する有効な治療法となる可能性が示された。
<Pharmaceutical composition containing an HPRT1 inhibitor and a folic acid synthesis inhibitor>
In another embodiment, the present invention relates to a pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of HPRT1, such as 6-mercaptopurine, and an inhibitor of folic acid synthesis, such as methotrexate, pralatrexate, pemetrexed, or raltitrexed. In the present invention, it has been shown that the combination of HPRT1 inhibition and MTX may be an effective therapy for small cell lung cancer.

メトトレキサート (MTX) は、関節リウマチの治療では世界中で最もよく使用される、免疫抑制作用を持つ抗リウマチ薬である。MTXは核酸合成に必要な活性型葉酸に還元させるジヒドロ葉酸リダクターゼ (DHFR) の働きを阻害してテトラヒドロ葉酸 (THF) を枯渇させることで、主にチミジル酸合成系を阻害し、細胞増殖を抑制する。これにより、MTXはまた、プリン代謝 (DNA合成)、アミノ酸代謝を阻害し、白血病や乳がんなど幅広い悪性腫瘍に対し抗腫瘍効果を示す。MTXは、現在ヒト白血病治療に利用されているため、安全性については問題が少ないと考えられる。なお、6-MPもMTXも白血病治療に利用されているが、それぞれは小細胞肺がんの治療に利用されておらず、また両者の組み合わせが小細胞肺がんの治療に有用であるとの知見はない。 Methotrexate (MTX) is an immunosuppressant antirheumatic drug that is most commonly used worldwide to treat rheumatoid arthritis. MTX inhibits the activity of dihydrofolate reductase (DHFR), which reduces folic acid to active folate, which is necessary for nucleic acid synthesis, and depletes tetrahydrofolate (THF), thereby inhibiting the thymidylate synthesis pathway and suppressing cell proliferation. As a result, MTX also inhibits purine metabolism (DNA synthesis) and amino acid metabolism, and shows antitumor effects against a wide range of malignant tumors, including leukemia and breast cancer. Since MTX is currently used to treat human leukemia, it is thought that there are few safety issues. Although both 6-MP and MTX are used to treat leukemia, neither has been used to treat small cell lung cancer, and there is no evidence that a combination of the two is useful for treating small cell lung cancer.

小細胞肺がんの第一選択治療はシスプラチンベースの白金製剤による治療であるが、その治療効果は一過性の場合が多く、ほとんどの症例がシスプラチン耐性を獲得している。シスプラチン耐性非小細胞肺がんは、最近、グルタミン代謝リモデリングを受け、グルタミン飢餓に対する感受性が高まっていることが示された (30-32)。また、シスプラチン耐性や他の様々な化学療法耐性がんでは、核酸合成が促進され、核酸合成阻害物質に対する感受性が上昇することが示された (30-32)。本発明において、de novoプリン合成経路 (HPRT1の阻害物質) とサルベージプリン合成経路 (葉酸合成阻害物質) の同時阻害がシスプラチン抵抗性小細胞肺がんに対しても有効であるかどうかを検討し、シスプラチン感受性小細胞肺がんのみならずシスプラチン耐性小細胞肺がんに対しても決定的な治療効果を示すことを見出した。 The first-line treatment for small cell lung cancer is treatment with cisplatin-based platinum preparations, but the therapeutic effect is often transient, and most cases acquire cisplatin resistance. Cisplatin-resistant non-small cell lung cancer has recently been shown to undergo glutamine metabolic remodeling and to be more sensitive to glutamine starvation (30-32). It has also been shown that nucleic acid synthesis is promoted in cisplatin-resistant and various other chemotherapy-resistant cancers, and sensitivity to nucleic acid synthesis inhibitors is increased (30-32). In this invention, we investigated whether simultaneous inhibition of the de novo purine synthesis pathway (HPRT1 inhibitor) and the salvage purine synthesis pathway (folate synthesis inhibitor) is effective against cisplatin-resistant small cell lung cancer, and found that it shows a definitive therapeutic effect against not only cisplatin-sensitive small cell lung cancer but also cisplatin-resistant small cell lung cancer.

本発明はさらなる別の実施形態において、HPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質、およびグルタミン合成酵素の阻害物質、例えば、メチオニンスルホキシミンを含有する、がんを処置および/または予防するための医薬組成物に関する。
本発明において、グルタミン枯渇は6-MPへの感受性を増大することが示された。すなわち、グルタミンは、de novoヌクレオチド生合成における必須窒素供与体であると同時に、TCAサイクルのグルタミン酸化経路の補充基質であり、がんの増殖に必須なアミノ酸である (22, 23)。宿主生体内で増殖するがん細胞は、グルタミン飢餓に曝されることが知られている。ヒト血漿中のグルタミン濃度は~600μMであるのに対し、固形腫瘍の外層部のグルタミン濃度は~400μM、腫瘍の深層部では100μM以下であることさえある (24-26)。これらの知見は、グルタミンの供給が制限された場合、がん細胞が増殖能と生存率を維持するためにサルベージ経路に依存している可能性を示唆している。この仮説を検証するため、グルタミン飢餓培地へのヒポキサンチンの添加が小細胞肺がん細胞の増殖に及ぼす影響を調べた (実施例3)。ヒポキサンチンはサルベージプリン核酸合成で使用される基質であり、その存在によりグルタミンが無くても核酸前駆体は合成される。よって、がん細胞がグルタミン飢餓にさらされた場合、HPRT1がヒポキサンチンを代謝し、de novo核酸合成経路の回避経路として機能する可能性がある。本発明において、グルタミン飢餓環境下でのヒポキサンチン添加が小細胞肺がん細胞の増殖を促すことを見出した。そして、6-MP処理とグルタミン飢餓の組み合わせは、小細胞肺がん細胞の増殖抑制に、各処理単独よりも有効であり、MTXの追加処理はこの効果をさらに増強することを見出した。
In yet another embodiment, the present invention relates to a pharmaceutical composition for treating and/or preventing cancer, comprising an inhibitor of HPRT1, an inhibitor of folate synthesis, and an inhibitor of glutamine synthetase, such as methionine sulfoximine.
In the present invention, glutamine depletion was shown to increase sensitivity to 6-MP. That is, glutamine is an essential amino acid for cancer growth, being both an essential nitrogen donor in de novo nucleotide biosynthesis and a supplementary substrate for the glutamate oxidation pathway of the TCA cycle (22, 23). It is known that cancer cells growing in a host organism are exposed to glutamine starvation. The glutamine concentration in human plasma is ∼600 μM, whereas the glutamine concentration in the outer layer of solid tumors is ∼400 μM and even ∼100 μM in the deeper layers of tumors (24-26). These findings suggest that cancer cells may rely on salvage pathways to maintain their proliferation and viability when glutamine supply is limited. To test this hypothesis, we investigated the effect of adding hypoxanthine to glutamine-starved medium on the growth of small cell lung cancer cells (Example 3). Hypoxanthine is a substrate used in salvage purine nucleic acid synthesis, and its presence allows nucleic acid precursors to be synthesized even in the absence of glutamine. Therefore, when cancer cells are exposed to glutamine starvation, HPRT1 may metabolize hypoxanthine and function as an escape route for the de novo nucleic acid synthesis pathway. In the present invention, we found that the addition of hypoxanthine in a glutamine starvation environment promotes the proliferation of small cell lung cancer cells. We also found that the combination of 6-MP treatment and glutamine starvation is more effective at inhibiting the proliferation of small cell lung cancer cells than either treatment alone, and that the additional treatment with MTX further enhances this effect.

グルタミン合成酵素 (GS) をコードする核酸配列またはDNA配列は次の通りである。
atgac cacctcagca agttcccact taaataaagg catcaagcag gtgtacatgtccctgcctca gggtgagaaa gtccaggcca tgtatatctg gatcgatggt actggagaaggactgcgctg caagacccgg accctggaca gtgagcccaa gtgtgtggaa gagttgcctgagtggaattt cgatggctct agtactttac agtctgaggg ttccaacagt gacatgtatctcgtgcctgc tgccatgttt cgggacccct tccgtaagga ccctaacaag ctggtgttatgtgaagtttt caagtacaat cgaaggcctg cagagaccaa tttgaggcac acctgtaaacggataatgga catggtgagc aaccagcacc cctggtttgg catggagcag gagtataccctcatggggac agatgggcac ccctttggtt ggccttccaa cggcttccca gggccccagggtccatatta ctgtggtgtg ggagcagaca gagcctatgg cagggacatc gtggaggcccattaccgggc ctgcttgtat gctggagtca agattgcggg gactaatgcc gaggtcatgcctgcccagtg ggaatttcag attggacctt gtgaaggaat cagcatggga gatcatctctgggtggcccg tttcatcttg catcgtgtgt gtgaagactt tggagtgata gcaacctttgatcctaagcc cattcctggg aactggaatg gtgcaggctg ccataccaac ttcagcaccaaggccatgcg ggaggagaat ggtctgaagt acatcgagga ggccattgag aaactaagcaagcggcacca gtaccacatc cgtgcctatg atcccaaggg aggcctggac aatgcccgacgtctaactgg attccatgaa acctccaaca tcaacgactt ttctgctggt gtagccaatcgtagcgccag catacgcatt ccccggactg ttggccagga gaagaagggt tactttgaagatcgtcgccc ctctgccaac tgcgacccct tttcggtgac agaagccctc atccgcacgtgtcttctcaa tgaaaccggc gatgagccct tccagtacaa aaattaa(配列番号2)
The nucleic acid or DNA sequence encoding glutamine synthetase (GS) is as follows:
atgac cacctcagca agttcccact taaataaagg catcaagcag gtgtacatgtccctgcctca gggtgagaaa gtccaggcca tgtatatctg gatcgatggt actggagaaggactgcgctg caagacccgg accctggaca gtgagcccaa gtgtgtggaa gagttgcctgagtggaattt cgatggctct agtactttac agtctgaggg ttccaacagt gacatgtatctcgtgcctgc tgccatgttt cgggacccct tccgtaagga ccctaacaag ctggtgttatgtgaagtttt caagtacaat cgaaggcctg cagagaccaa tttgaggcac acctgtaaacggataatgga catggtgagc aaccagcacc cctggtttgg catggagcag gagtataccctcatggggac agatgggcac ccctttggtt ggccttccaa cggcttccca gggccccagggtccatatta ctgtggtgtg ggagcagaca gagcctatgg cagggacatc gtggaggcccattaccgggc ctgcttgtat gctggagtca agattgcggg gactaatgcc gaggtcatgcctgcccagtg ggaatttcag attggacctt gtgaaggaat cagcatggga gatcatctctgggtggcccg tttcatcttg catcgtgtgt gtgaagactt tggagtgata gcaacctttgatcctaagcc cattcctggg aactggaatg gtgcaggctg ccataccaac ttcagcaccaaggccatgcg ggaggagaat ggtctgaagt acatcgagga ggccattgag aaactaagcaagcggcacca gtaccacatc cgtgcctatg atcccaaggg aggcctggac aatgcccgacgtctaactgg attccatgaa acctccaaca tcaacgactt ttctgctggt gtagccaatcgtagcgccag catacgcatt ccccggactg ttggccagga gaagaagggt tactttgaagatcgtcgccc ctctgccaac tgcgacccct tttcggtgac agaagccctc atccgcacgtgtcttctcaa tgaaaccggc gatgagccct tccagtacaa aaattaa (SEQ ID NO: 2)

本発明において、「阻害物質」の「阻害」とは、GSタンパク質の発現またはその活性を阻害または抑制することにより、グルタミンの生成を遅延または停止させるプロセスを意味する。 In the present invention, the term "inhibition" in "inhibitor" refers to the process of slowing down or stopping the production of glutamine by inhibiting or suppressing the expression or activity of GS protein.

本発明において、ひとつの実施態様として、GSの阻害物質は、メチオニンスルホキシミンが挙げられる。メチオニンスルホキシミン (MSO) は、グルタミン合成酵素 (GS) がグルタミン酸とアンモニアからグルタミンを合成する酵素活性を阻害する (図6a)。 In one embodiment of the present invention, the GS inhibitor is methionine sulfoximine. Methionine sulfoximine (MSO) inhibits the enzymatic activity of glutamine synthetase (GS) in synthesizing glutamine from glutamate and ammonia (Figure 6a).

本発明において、別の実施態様として、GSの阻害物質は、GS発現の阻害物質が挙げられる。この態様において、GS発現の阻害物質は、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質が挙げられる:
(a)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
In another embodiment of the present invention, the GS inhibitor is an inhibitor of GS expression. In this embodiment, the GS expression inhibitor is an inhibitor of the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing.

本発明において、GS発現の阻害物質は具体的には、配列表の配列番号2に示す塩基配列を含む核酸と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列が挙げられる。 In the present invention, specific examples of inhibitors of GS expression include nucleic acid sequences that hybridize under stringent conditions with a base sequence complementary to a nucleic acid containing the base sequence shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing.

本発明においてmRNAとは、標的核酸によりコードされるmRNA、または標的核酸によりコードされるタンパク質をコードするものであればいずれでもよい。好ましくはGSの核酸配列でコードされるmRNAである。 In the present invention, the mRNA may be any mRNA encoded by a target nucleic acid or one that encodes a protein encoded by a target nucleic acid. Preferably, the mRNA is encoded by a nucleic acid sequence of GS.

本発明の一実施態様では、GS発現の阻害物質として、好ましくは、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれるものが挙げられる。 In one embodiment of the present invention, the inhibitor of GS expression is preferably selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme.

本発明のリボザイムとはDNA制限エンドヌクレアーゼと類似の機構により他の一本鎖RNA分子を特異的に切断するRNA分子を意味する。既知の手法によりRNAの核酸配列を適宜修飾することにより、RNA一本鎖中の特定の塩基配列を認識し切断するリボザイムを作製することができる(Science, 239, p. 1412-1416, 1988)。 The ribozyme of the present invention refers to an RNA molecule that specifically cleaves other single-stranded RNA molecules by a mechanism similar to that of DNA restriction endonucleases. By appropriately modifying the nucleic acid sequence of RNA using known techniques, it is possible to prepare a ribozyme that recognizes and cleaves a specific base sequence in a single-stranded RNA (Science, 239, p. 1412-1416, 1988).

本発明の siRNAとは、核酸配列(標的核酸)の発現を抑制する二本鎖RNAを指し、「RNAi剤」、「短鎖干渉性RNA」、「短鎖干渉性核酸」、「siNA」を意味し、配列特異的なRNA干渉(RNAi)または遺伝子サイレンシングを介して遺伝子発現またはウイルス複製を阻害または下向き調節することのできる核酸分子である。これは、RNAのみからなるものであってもよいし、DNAとRNAとの融合体であってもよい。該siRNAは標的核酸およびNCBIデータベースの検索により得られた情報から常法に従い作製することができる。siRNAオリゴヌクレオチドの設計においては、標的核酸がコードするmRNAのコーディング領域のうち、できるだけGC含有率が50%に近い配列を選択する。GC含有率は45%から55%の間が理想的である。AUGスタートコドン付近の50から100ヌクレオチドまたはターミネーションコドン付近の50から100ヌクレオチドの領域は避け、AA(アデニン・アデニン)に続く19ヌクレオチドを選択し、このセンス鎖19ヌクレオチドの3’末端にはdTdT(デオキシチミン・デオキシチミン)をオーバーハングとして付加する。オーバーハングは、RNAオリゴまたはRNA/DNAのキメラオリゴから選択できる。2塩基のオーバーハングとして通常、チミン(TT)やウラシル(UU)が使用されるが、その他のオーバーハングを使用することもできる。しかし、 siRNA末端を平滑にする、5’末端のみをオーバーハングにする、オーバーハングの長さを変えることにより、RNAi効果に影響を与える場合がある。該ヌクレオチドの塩基配列中には3 個以上のグアノシンまたはシトシンが連続している配列は避けるべきであり、他のどの遺伝子とも相同性がないことを確認する必要がある。アンチセンス鎖はセンス19ヌクレオチドの相補鎖とし、3’末端にはdTdTを付加する。こうして設計された塩基配列に基づき、センス鎖、アンチセンス鎖をDNA/RNA合成機で合成する。合成されたセンス鎖およびアンチセンス鎖は、NAP-10カラムなどによって精製後、濃縮乾燥し、再度バッファーに溶解して加熱し、アニーリングさせて二本鎖のsiRNAとする。DNA/RNA合成機によるsiRNAの調製法以外に、本発明のsiRNA標的配列をループ配列とともに発現ベクターに組み込み、細胞内で発現させて標的核酸の発現を抑制することも可能である。また、本発明のsiRNA標的配列のセンス鎖、アンチセンス鎖を別々に細胞内で発現させて、細胞内でハイブリダイズさせてsiRNAとし標的核酸の発現を抑制することも可能である。更には本発明のsiRNA標的配列を含む長いdsRNAを細胞内に導入して、細胞内で切断してsiRNAとし、標的核酸の発現を抑制することも可能である。 The siRNA of the present invention refers to double-stranded RNA that suppresses the expression of a nucleic acid sequence (target nucleic acid), and means "RNAi agent", "short interfering RNA", "short interfering nucleic acid", or "siNA", and is a nucleic acid molecule that can inhibit or down-regulate gene expression or viral replication through sequence-specific RNA interference (RNAi) or gene silencing. It may be composed of only RNA, or may be a fusion of DNA and RNA. The siRNA can be prepared according to a conventional method from the target nucleic acid and information obtained by searching the NCBI database. In designing siRNA oligonucleotides, a sequence with a GC content as close to 50% as possible is selected from the coding region of the mRNA encoded by the target nucleic acid. The GC content is ideally between 45% and 55%. The region of 50 to 100 nucleotides near the AUG start codon or 50 to 100 nucleotides near the termination codon is avoided, and 19 nucleotides following AA (adenine-adenine) are selected, and dTdT (deoxythymine-deoxythymine) is added to the 3' end of this sense strand 19 nucleotides as an overhang. The overhang can be selected from RNA oligos or RNA/DNA chimeric oligos. Thymine (TT) or uracil (UU) is usually used as a two-base overhang, but other overhangs can also be used. However, the RNAi effect may be affected by blunting the siRNA end, overhanging only the 5' end, or changing the length of the overhang. The base sequence of the nucleotide should avoid sequences with three or more consecutive guanosines or cytosines, and it is necessary to confirm that there is no homology with any other genes. The antisense strand is a complementary strand of the sense 19 nucleotides, and dTdT is added to the 3' end. Based on the base sequence designed in this way, the sense strand and the antisense strand are synthesized using a DNA/RNA synthesizer. The synthesized sense strand and antisense strand are purified using a NAP-10 column or the like, concentrated and dried, dissolved again in a buffer, heated, and annealed to form a double-stranded siRNA. In addition to the method of preparing siRNA using a DNA/RNA synthesizer, it is also possible to incorporate the siRNA target sequence of the present invention together with a loop sequence into an expression vector and express it in a cell to suppress the expression of the target nucleic acid. It is also possible to express the sense strand and antisense strand of the siRNA target sequence of the present invention separately in a cell, hybridize them in the cell to form siRNA, and suppress the expression of the target nucleic acid. Furthermore, it is also possible to introduce a long dsRNA containing the siRNA target sequence of the present invention into a cell, cleave it in the cell to form siRNA, and suppress the expression of the target nucleic acid.

本発明のsiRNAは、GSの核酸配列の発現を阻害することから、標的核酸の発現を調節する物質として、小細胞肺がんを予防または治療する医薬組成物として利用可能である。 The siRNA of the present invention inhibits the expression of the nucleic acid sequence of GS, and therefore can be used as a substance that regulates the expression of target nucleic acids and as a pharmaceutical composition for preventing or treating small cell lung cancer.

本発明のアンチセンス配列を有する核酸配列(単に、アンチセンスと呼ぶことがある)とは、標的核酸の発現を抑制する塩基配列を有する核酸であり、常法に従って作製される。まず、標的核酸がコードするmRNAの標的候補部位を選択するが、この選択方法としては、エネルギー計算に基づくmRNA高次構造予測法(Methods in Enzymol., 180, p. 262, 1989; Ann. Rev. Biophys. Biophys. Chem., 17, p. 167, 1988)、ランダムオリゴ/RNase H法(Nucleic Acid Res., 25, p. 5010, 1997)、逆転写酵素法(Nature Biotech, 15, p. 537, 1997)、蛍光核酸プローブ法(Nucleic Acid Res., 27, p. 2387, 1999)、FRET法(Biochemistry, 31, p. 12055, 1992)などが使用できる。次に選択したmRNAの候補領域からアンチセンスオリゴヌクレオチドの配列を決定する。このとき、アンチセンスオリゴヌクレオチドの鎖長は15~30量体が一般的であり、アンチセンスオリゴヌクレオチド自体が自ら二重鎖や自己ステム-ループ構造を形成しないようにし、Gが4個以上連続して並ぶ配列はタンパク質と相互作用する可能性が高いので避け、アンチセンスオリゴヌクレオチド中の「CpG」配列はB細胞のレセプターに結合するので避けて設計する。アンチセンスオリゴヌクレオチドの構造としては、リン酸結合型(天然型、ホスホロチオエート型、メチルホスホネート型、ホスホロアミデート型、2'-O-メチル型)や非リン酸型(モルフォリデート型、ポリアミド核酸)などの選択肢がある。また、細胞透過性を高めるためにペプチドやコレステロールを導入し、またはアルキル化剤や光架橋剤を導入して架橋性能を持たせることも可能である。このように設計したアンチセンスオリゴヌクレオチドはDNA合成機などによって調製し、逆相HPLC、イオン交換HPLC、ゲル電気泳動法、エタノール沈殿などによって精製する。 A nucleic acid sequence having an antisense sequence of the present invention (sometimes simply referred to as antisense) is a nucleic acid having a base sequence that suppresses the expression of a target nucleic acid, and is prepared according to conventional methods. First, a candidate target site of the mRNA encoded by the target nucleic acid is selected. As the selection method, the mRNA higher-order structure prediction method based on energy calculation (Methods in Enzymol., 180, p. 262, 1989; Ann. Rev. Biophys. Biophys. Chem., 17, p. 167, 1988), the random oligo/RNase H method (Nucleic Acid Res., 25, p. 5010, 1997), the reverse transcriptase method (Nature Biotech, 15, p. 537, 1997), the fluorescent nucleic acid probe method (Nucleic Acid Res., 27, p. 2387, 1999), the FRET method (Biochemistry, 31, p. 12055, 1992), etc. can be used. Next, the sequence of the antisense oligonucleotide is determined from the candidate region of the selected mRNA. In this case, the chain length of the antisense oligonucleotide is generally 15-30 mer, and the antisense oligonucleotide is designed so that it does not form a double strand or a self-stem-loop structure, and a sequence with four or more consecutive Gs is avoided because it is likely to interact with proteins, and the "CpG" sequence in the antisense oligonucleotide is avoided because it binds to the receptor of B cells. The structure of the antisense oligonucleotide can be selected from phosphate-linked types (natural type, phosphorothioate type, methylphosphonate type, phosphoramidate type, 2'-O-methyl type) and non-phosphate types (morpholidate type, polyamide nucleic acid). It is also possible to introduce peptides or cholesterol to increase cell permeability, or to give crosslinking ability by introducing alkylating agents or photocrosslinking agents. The antisense oligonucleotide designed in this way is prepared by a DNA synthesizer or the like, and purified by reverse phase HPLC, ion exchange HPLC, gel electrophoresis, ethanol precipitation, etc.

本発明のアンチセンス配列を有する核酸は標的核酸(GSの核酸配列)の発現を阻害することから、標的核酸の発現を調節する物質として、小細胞肺がんを予防または治療する医薬組成物として利用可能である。 The nucleic acid having the antisense sequence of the present invention inhibits the expression of the target nucleic acid (GS nucleic acid sequence), and can therefore be used as a substance that regulates the expression of the target nucleic acid, as a pharmaceutical composition for preventing or treating small cell lung cancer.

この実施態様において、「がん」は、小細胞肺がん、膵腺がん、および神経膠芽腫などが挙げられる。 In this embodiment, "cancer" includes small cell lung cancer, pancreatic adenocarcinoma, glioblastoma, and the like.

本発明において、「処置」とは、 (1) 小細胞肺がんなどのがんの発症を遅延させる; (2) 小細胞肺がんなどのがんの症状の進行、増悪または悪化を減速または停止させる; (3) 小細胞肺がんなどのがんの症状の寛解をもたらす;あるいは (4) 小細胞肺がんなどのがんを治癒させることを目的とする方法またはプロセスを意味する。処置は、予防的措置として疾患または状態の発症前に施してもよいし、あるいは、処置は、疾患の発症後に施してもよい。 In the present invention, "treatment" means a method or process intended to (1) delay the onset of cancer, such as small cell lung cancer; (2) slow or stop the progression, worsening or deterioration of symptoms of cancer, such as small cell lung cancer; (3) bring about remission of symptoms of cancer, such as small cell lung cancer; or (4) cure cancer, such as small cell lung cancer. Treatment may be administered prior to the onset of a disease or condition as a preventative measure, or treatment may be administered after the onset of a disease.

本発明において、「予防」とは、小細胞肺がんなどのがんの発症を事前に防ぐことを意味する。 In the present invention, "prevention" means preventing the onset of cancer, such as small cell lung cancer, in advance.

本発明の医薬組成物は、当業者に公知の方法で製剤化することが可能である。本発明の医薬組成物は、非経口投与および経口投与のいずれによっても投与することができる。非経口投与の場合、例えば、注射剤型、経鼻投与剤型、経肺投与剤型、経皮投与型の組成物とすることができる。例えば、静脈内注射、筋肉内注射、腹腔内注射、皮下注射などにより全身または局部的に投与することができる。経口投与の場合、錠剤、カプセル剤、丸剤、顆粒剤、散剤、シロップ剤等の組成物とすることができる。 The pharmaceutical composition of the present invention can be formulated by a method known to those skilled in the art. The pharmaceutical composition of the present invention can be administered either parenterally or orally. In the case of parenteral administration, the composition can be, for example, an injection type, a nasal administration type, a pulmonary administration type, or a transdermal administration type. For example, the composition can be administered systemically or locally by intravenous injection, intramuscular injection, intraperitoneal injection, subcutaneous injection, or the like. In the case of oral administration, the composition can be in the form of tablets, capsules, pills, granules, powders, syrups, or the like.

投与方法は、患者の年齢、症状により適宜選択することができる。投与量および投与方法は、患者の体重、年齢、症状などにより変動するが、当業者であればそれらの条件を考慮し適当な投与量および投与方法を設定することが可能である。 The administration method can be selected appropriately depending on the patient's age and symptoms. The dosage and administration method vary depending on the patient's weight, age, symptoms, etc., but a person skilled in the art can determine an appropriate dosage and administration method taking these conditions into account.

<小細胞肺がんの予後判定>
本発明は別の形態として、小細胞肺がんにおける予後を判定する方法であって、
(a1)被検体のHPRT1の量(被検バイオマーカー量)を測定する工程、
(b1)被検バイオマーカー量と、健常検体のHPRT1の量(対照バイオマーカー量)とを比較する工程、および
(c1)被検バイオマーカー量が対照バイオマーカー量よりも多い場合に、被検体を、小細胞肺がんの予後不良と判定する方法、を提供する。
これに関連し、本発明はさらに別の態様として、小細胞肺がんにおける予後を判定することができる、HPRT1であるバイオマーカーを提供する。さらに、本発明は、小細胞肺がんにおける予後を判定することができるバイマーカーとしての、HPRT1の使用を提供する。
<Prognosis of small cell lung cancer>
In another aspect, the present invention provides a method for determining prognosis in small cell lung cancer, comprising the steps of:
(a1) measuring the amount of HPRT1 (test biomarker amount) in a subject;
(b1) comparing the amount of the test biomarker with the amount of HPRT1 in a healthy specimen (a control biomarker amount); and (c1) determining that the specimen has a poor prognosis for small cell lung cancer if the amount of the test biomarker is greater than the amount of the control biomarker.
In this regard, in yet another aspect, the present invention provides a biomarker that is HPRT1, which can determine the prognosis in small cell lung cancer. Furthermore, the present invention provides the use of HPRT1 as a biomarker that can determine the prognosis in small cell lung cancer.

本発明者らは、がん組織におけるHPRT1、DUT、およびPOLR2F遺伝子の発現量が高い (High) または低い (Low) 場合を対比したカプラン・マイヤー生存率解析を行い、サルベージ核酸合成経路の律速段階を制御するHPRT1は、小細胞肺がんの決定的な予後マーカーとなることを見出し、本発明の判定方法、バイオマーカーおよび血中HPRT1の使用を完成させた。本発明の判定方法、バイオマーカーおよび血中HPRT1の使用により、事前に、被検体の予後が判定できれば、その後のがん治療に大いに役立つことができ、小細胞肺がんの予防にとっても極めて有益である。 The present inventors performed a Kaplan-Meier survival analysis comparing high and low expression levels of the HPRT1, DUT, and POLR2F genes in cancer tissues, and found that HPRT1, which controls the rate-limiting step of the salvage nucleic acid synthesis pathway, is a definitive prognostic marker for small cell lung cancer, and completed the determination method, biomarker, and use of blood HPRT1 of the present invention. If the prognosis of a subject can be determined in advance using the determination method, biomarker, and blood HPRT1 of the present invention, this can be of great help in subsequent cancer treatment and is also extremely beneficial for the prevention of small cell lung cancer.

被検体のHPRT1は、ヒト患者のがん組織を採取し、その中のHPRT1量は、通常、免疫学的手法により測定することができる。例えば、当業者に周知の免疫学的手法、例えばウエスタンブロッティング法、または免疫染色法によって測定することができる。 To measure HPRT1 in a subject, cancer tissue is collected from a human patient, and the amount of HPRT1 therein can usually be measured by an immunological method. For example, it can be measured by an immunological method well known to those skilled in the art, such as Western blotting or immunostaining.

以下、本発明を参考例および実施例により、詳細に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものでなく、単なる例示であることに留意すべきである。 The present invention will be described in detail below with reference to examples and examples. However, it should be noted that these do not limit the scope of the present invention and are merely illustrative.

実施例にて利用している材料および方法は次の通りである。
材料および方法
患者および組織試料
iMPQAT解析のため,2012年1月から2018年7月までに九州大学病院で外科的切除を受けた肺腺がん (n=12)、扁平上皮がん (n=12)、限局型小細胞肺がん(n=12)患者36人の腫瘍の凍結標本を後方試験的に収集した。小細胞肺がん12名のうち、6名で正常肺組織の凍結検体が入手できた。また、2000年7月から2017年12月の間に九州大学病院で気管支鏡下生検を受けた未治療の進展型小細胞肺がん患者36名のホルマリン固定パラフィン包埋腫瘍試料を採取し、免疫組織化学の解析に使用した。年齢、性別、Brinkman index(BI)を含む喫煙歴、組織型、TNM分類、腺がん患者12名のドライバーオンコジーン、上皮成長因子受容体 (EGFR) 変異の種類などの患者の特性はカルテから抽出された。本研究は、九州大学の「人を対象とする医学系研究に関する倫理指針」を遵守している。患者の診断は、WHO肺腫瘍分類(42)に基づき行った。本研究は、国立病院機構九州医療センターおよび九州大学の「人を対象とする医学系研究に関する倫理指針」を遵守している。本研究は、適切な機関審査委員会 (IRB) から倫理的な承認を得て実施した。九州医療センターのIRB番号は20C076。九州大学病院のIRB番号は2020-446および2021-102。
The materials and methods used in the examples are as follows.
Materials and Methods Patient and tissue samples
For the iMPQAT analysis, frozen tumor specimens were retrospectively collected from 36 patients with lung adenocarcinoma (n = 12), squamous cell carcinoma (n = 12), and limited-stage small cell lung cancer (n = 12) who underwent surgical resection at Kyushu University Hospital between January 2012 and July 2018. Frozen normal lung tissue specimens were available for 6 of the 12 patients with small cell lung cancer. In addition, formalin-fixed paraffin-embedded tumor samples were collected from 36 patients with untreated extensive-stage small cell lung cancer who underwent bronchoscopic biopsy at Kyushu University Hospital between July 2000 and December 2017 and used for immunohistochemical analysis. Patient characteristics, including age, sex, smoking history including Brinkman index (BI), histological type, TNM classification, driver oncogenes for 12 patients with adenocarcinoma, and type of epidermal growth factor receptor (EGFR) mutation, were extracted from medical records. This study complied with the Kyushu University "Ethical Guidelines for Medical Research Involving Human Subjects". Patient diagnoses were based on the WHO classification of lung tumors (42). This study adhered to the "Ethical Guidelines for Medical Research Involving Human Subjects" of the National Hospital Organization Kyushu Medical Center and Kyushu University. This study was conducted with ethical approval from the appropriate Institutional Review Boards (IRBs). The IRB number for Kyushu Medical Center is 20C076. The IRB numbers for Kyushu University Hospital are 2020-446 and 2021-102.

iMPAQT試料調製
凍結組織をビーズショッカー(yasuikikai MB1200)で2500 r.p.m.で破砕し、2%SDS、7 M尿素、100 mM Tris-HCl (pH 8.8) を含む溶液100 μlで溶解し、Bioruptor (Sonicbio) を用いて超音波破砕を30秒間隔で5回行い、同量の水で希釈し、再度同じプロトコルにしたがって超音波破砕し、ビシンコニン酸 (BCA) アッセイでタンパク質濃度を測定した。システイン/システイン残基をブロックするため、200μgのタンパク質を10 mMトリス (2-カルボキシエチル) ホスフィン塩酸塩 (Thermo Fisher) で37℃、45分間処理し、次に20 mM 2-ヨードアセトアミド (シグマ) で、室温にて30分間アルキル化を行った。これらの試料を5倍量のアセトンで激しくボルテックスし、-30℃で1時間放置した後、スイングロータ (Tomy AX-521) 2000 gで5分間、固定角ロータ (KUBOTA 3520) で12000 gで2分間の連続遠心分離を行い、タンパク質ペレットを得た。このタンパク質ペレットを氷冷した90%アセトンで2回洗浄した後、100 μlの消化バッファー (50 mMのトリエチルアンモニウム・バイカーボネート) を加え、ライセート処理時と同じ条件で超音波処理を行った。各試料をリシルエンドペプチダーゼ (2 μg、和光製) で37℃、3時間消化した。その後、さらにトリプシン (4 μg、Thermo Fisher) で37℃、14時間消化した。得られた組織消化物を凍結乾燥し、mTRAQ0試薬 (1U、SCIEX) を用いて室温で2時間標識した。
iMPAQT sample preparation: Frozen tissues were disrupted at 2500 rpm in a bead shocker (Yasuikikai MB1200), lysed in 100 μl of a solution containing 2% SDS, 7 M urea, and 100 mM Tris-HCl (pH 8.8), sonicated five times with 30 s intervals using a Bioruptor (Sonicbio), diluted with an equal volume of water, sonicated again using the same protocol, and protein concentration was measured by bicinchoninic acid (BCA) assay. To block cysteine/cysteine residues, 200 μg of protein was treated with 10 mM tris(2-carboxyethyl)phosphine hydrochloride (Thermo Fisher) for 45 min at 37°C, followed by alkylation with 20 mM 2-iodoacetamide (Sigma) for 30 min at room temperature. These samples were vigorously vortexed with 5 volumes of acetone and left at -30°C for 1 h, followed by successive centrifugations in a swing rotor (Tomy AX-521) at 2000 g for 5 min and a fixed-angle rotor (KUBOTA 3520) at 12000 g for 2 min to obtain protein pellets. The protein pellets were washed twice with ice-cold 90% acetone, and then 100 μl of digestion buffer (50 mM triethylammonium bicarbonate) was added and sonicated under the same conditions as for the lysate treatment. Each sample was digested with lysyl endopeptidase (2 μg, Wako) at 37°C for 3 h, followed by further digestion with trypsin (4 μg, Thermo Fisher) at 37°C for 14 h. The resulting tissue digests were lyophilized and labeled with mTRAQ0 reagent (1U, SCIEX) at room temperature for 2 h.

MRMデータ解析
代謝酵素のペプチドをiMPAQTデータベースから選択し、化学合成を行った。このペプチドをmTRAQ4試薬で標識し、mTRAQ0対応試料消化物に添加した。iMPAQTデータベースから、期待される保持時間を持つ対応するMRM (多重反応モニタリング) 遷移を取得した。MRMは、3段式四重極質量分析計 (QTRAP6500, SCIEX) と液体クロマトグラフィーシステム (ACQUITY UPLC H-Class, Waters) を組み合わせて実施した。内因性ペプチドの存在量は、各遷移で合計した軽(light)と重(heavy)の強度の比と既知量の合成ペプチドの乗算によって求めた。
MRM data analysis Peptides of metabolic enzymes were selected from the iMPAQT database and chemically synthesized. The peptides were labeled with mTRAQ4 reagents and added to the mTRAQ0-compatible sample digest. The corresponding MRM (multiple reaction monitoring) transitions with expected retention times were obtained from the iMPAQT database. MRM was performed using a triple quadrupole mass spectrometer (QTRAP6500, SCIEX) coupled to a liquid chromatography system (ACQUITY UPLC H-Class, Waters). The abundance of endogenous peptides was determined by multiplying the ratio of the summed light to heavy intensities for each transition by the known amount of synthetic peptide.

小細胞肺がんにおけるPPATおよびHPRT-1発現の免疫組織化学的解析
全36例について、免疫組織化学染色を行った。ホルマリン固定、パラフィン包埋組織を3 μmの厚さで切片化した。一次抗体は、HPRT-1 (希釈度1:150;Abcam, Cambridge, UK)。免疫複合体は、DAKO EnVision Detection Systemで検出した。HPRT-1の細胞質染色を示す癌細胞は、Allred scoreを用いて評価した。Allred scoreのHPRT-1のカットオフ値は4と6に設定した。全ての免疫組織化学的画像は、結果を知らない研究者が評価した。
Immunohistochemical analysis of PPAT and HPRT-1 expression in small cell lung cancer. Immunohistochemical staining was performed on all 36 cases. Formalin-fixed, paraffin-embedded tissues were sectioned at 3 μm thickness. The primary antibody was HPRT-1 (dilution 1:150; Abcam, Cambridge, UK). Immune complexes were detected with the DAKO EnVision Detection System. Cancer cells showing cytoplasmic staining of HPRT-1 were scored using the Allred score. The cutoff values for HPRT-1 in the Allred score were set at 4 and 6. All immunohistochemical images were assessed by an investigator blinded to the results.

生理的培地
高グルコースとピルビン酸ナトリウムを含み、アミノ酸を欠くDMEM (カタログ番号04833575、Wako) に、10%透析FBSとアミノ酸とヒポキサンチン(1 μM)をヒト血漿中に存在するのと同じ濃度で補充した(24).
Physiological medium: DMEM (catalog no. 04833575, Wako) containing high glucose and sodium pyruvate and lacking amino acids, was supplemented with 10% dialyzed FBS and amino acids and hypoxanthine (1 μM) at concentrations similar to those present in human plasma (24).

細胞培養
がん細胞は、生理的培地を用いて、37℃、5%CO2雰囲気下で培養した。ヒトがん細胞株は、マイコプラズマの混入がないことを確認した。レトロウイルス感染には、pCX4-EcoVRとpGP/pE-ampho (タカラバイオ) の両方をトランスフェクトしたHEK293T細胞で作製したアンフォトロピックウイルスを用いて、マウスエコトロウイルス受容体から細胞内に導入した。pCX4のHPRT1に対する相補DNAをpGP/pE-eco (タカラバイオ社) と共にHEK293T細胞に導入し、組換えレトロウイルスの作製を行った。その後、マウスエコトロピックレトロウイルス受容体を発現しているがん細胞に、HPRT1をコードするレトロウイルスを感染させた。
Cell culture Cancer cells were cultured in physiological medium at 37°C under a 5% CO2 atmosphere. Human cancer cell lines were confirmed to be free of mycoplasma contamination. For retroviral infection, amphotropic viruses produced in HEK293T cells transfected with both pCX4-EcoVR and pGP/pE-ampho (Takara Bio) were used to introduce retroviruses into cells via the mouse ecotropic virus receptor. Complementary DNA for HPRT1 in pCX4 was introduced into HEK293T cells together with pGP/pE-eco (Takara Bio) to produce recombinant retroviruses. Cancer cells expressing the mouse ecotropic retrovirus receptor were then infected with the retrovirus encoding HPRT1.

抗体
HPRT1に対する抗体(1:1000、ab32072)はAbcamから、Hsp90に対する抗体(1:5000、610419)はBD Transduction Laboratoriesから、それぞれ入手した。
antibody
Antibody against HPRT1 (1:1000, ab32072) was obtained from Abcam, and antibody against Hsp90 (1:5000, 610419) was obtained from BD Transduction Laboratories.

抗がん剤試薬
MTXは富士フィルム和光 (1391571) から入手した。6-MPはシグマ-アルドリッチから得た (852678)。MSOはシグマ (M5379) から入手した。GLS1阻害物質CB-839は、カイマン ケミカル (22038) から得た。cDDPは富士フィルム和光 (033-20091)から得た。
Anticancer drug reagents
MTX was obtained from Fujifilm Wako (1391571). 6-MP was obtained from Sigma-Aldrich (852678). MSO was obtained from Sigma (M5379). GLS1 inhibitor CB-839 was obtained from Kaiman Chemical (22038). cDDP was obtained from Fujifilm Wako (033-20091).

HPRT1ノックアウト細胞
CRISPR-Cas9システムを用いたHPRT1欠損SBC-3またはSBC-5細胞の作製には、HPRT1用シングルガイドRNAの標的配列に対応する相補的オリゴヌクレオチド (#1: 5'-CACCGAGCTGCTCACCACGACGCCA-3' (配列番号3) および 5'-AAACTGGCGTCGTGGTGAGCAGCTC-3' (配列番号4) ;
#3: 5'-CACCGCTCATGGACTAATTATGGAC-3' (配列番号5) および 5'-AAACGTCCATAATTAGTCCATGAGC-3' (配列番号6) ) または AAVS1 (5’-CACCGGTCCCCTCCACCCCACAGTG-3’ (配列番号7) および 5’-AAACCACTGTGGGGTGGAGGGGACC-3’ (配列番号8) ) をアニールして、pX330 (Addgene) のBbsI部位にサブクローン化した。細胞を、FuGENE HD トランスフェクション試薬 (Promega) の使用により1 μgのプラスミドでトランスフェクトした。HPRT1欠損細胞の選択のために、6-チオグアニンを培地に添加し(2μg/ml)、細胞を10日間増殖させた。
HPRT1 knockout cells
To generate HPRT1-deficient SBC-3 or SBC-5 cells using the CRISPR-Cas9 system, complementary oligonucleotides corresponding to the target sequence of the HPRT1 single guide RNA (#1: 5'-CACCGAGCTGCTCACCACGACGCCA-3' (SEQ ID NO: 3) and 5'-AAACTGGCGTCGTGGTGAGCAGCTC-3' (SEQ ID NO: 4);
#3: 5'-CACCGCTCATGGACTAATTATGGAC-3' (SEQ ID NO:5) and 5'-AAACGTCCATAATTAGTCCATGAGC-3' (SEQ ID NO:6) or AAVS1 (5'-CACCGGTCCCCTCCACCCCACAGTG-3' (SEQ ID NO:7) and 5'-AAACCACTGTGGGGTGGAGGGGACC-3' (SEQ ID NO:8)) were annealed and subcloned into the BbsI site of pX330 (Addgene). Cells were transfected with 1 μg of plasmid using FuGENE HD Transfection Reagent (Promega). For selection of HPRT1-deficient cells, 6-thioguanine was added to the medium (2 μg/ml) and cells were grown for 10 days.

細胞生存率アッセイ
細胞生存率アッセイでは、96ウエルアッセイプレート (コーニング社製)に、1ウエル当たり2500個の密度で細胞をプレーティングした。細胞増殖と生存率は、PrestoBlueアッセイを用いて、示された時間における細胞数から決定した。用量反応曲線は、4パラメータロジスティックモデルを用い、JMP pro 15ソフトウェア (バージョン15.1.0) を使用して、生物学的4回反復測定から作成した。
Cell viability assay For cell viability assay, cells were plated at a density of 2500 cells per well in 96-well assay plates (Corning). Cell proliferation and viability were determined from cell counts at the indicated times using the PrestoBlue assay. Dose-response curves were generated from quadruplicate biological measurements using a four-parameter logistic model using JMP pro 15 software (version 15.1.0).

cDDP耐性小細胞肺がんの樹立
小細胞肺がん細胞は、臨床で使用されているものを模倣した化学療法レジメンで処理した。小細胞肺がん細胞をヒト患者におけるcDDPの最大血漿中濃度 (Cmax) の濃度で48時間培養し、30日以内に生き残った細胞集団を耐性-1 (R1) とし、このサイクルを3回繰り返し、シスプラチン耐性集団を耐性-3 (R3) として樹立した。
Establishment of cDDP-resistant SCLC cells We treated SCLC cells with a chemotherapy regimen mimicking that used in clinical trials. SCLC cells were cultured for 48 hours with the maximum plasma concentration (Cmax) of cDDP in human patients, and the cell population that survived within 30 days was designated Resistant-1 (R1). This cycle was repeated three times to establish a cisplatin-resistant population designated Resistant-3 (R3).

マウス
雌のヌード (Balb/c-nu/nu) マウスは、日本クレアから入手した。すべてのマウスは、病原体のない条件下で、12時間の暗・明周期で、自動的に供給される餌と水とともに飼育された。すべてのマウス実験は、九州大学動物倫理委員会の承認を得ている。
Mice Female nude (Balb/c-nu/nu) mice were obtained from CLEA Japan. All mice were housed under pathogen-free conditions with a 12-h dark-light cycle and automatically provided food and water. All mouse experiments were approved by the Kyushu University Animal Ethics Committee.

腫瘍原性アッセイ
SBC-3またはSBC-5細胞 (2.5×106)、MS-1-L細胞またはMS-1-L R3またはSTC-1細胞またはSTC-1 R3細胞(1×107)を8~10週齢の雌のヌードマウスに皮下注射し、その後1週間ごとに腫瘍の大きさを測定した。腫瘍体積 (mm3) は次のように計算した。(長径×2)/2。図4hにおいて、マウスは、MTX (25 mg/kg、1日1回、5日間) またはビヒクル (生理食塩水)でI.P.注射により処置した。図6dにおいて、マウスを6-MP (50 mg/kg、1日1回、5日間)、MTX (12.5 mg/kg、1日1回、5日間)、MSO (25 mg/kg、1日1回、5日間)または投与ビークル (生理食塩水) によりI.P注射を介して送達して治療した。図7eでは、マウスを、6-MP (50 mg/kg、5日間、1日1回)、MTX (12.5 mg/kg、5日間、1日1回)、MSO (25 mg/kg、5日間、1日1回)、cDDP (2.5mg/kg、5日間、1回) またはI.P注射により投与された投与ビヒクル(食塩水)により処置した。腫瘍が1.4 cmの大きさの限界に達したとき、または健康状態の低下を示す他の症状が現れたとき、マウスを安楽死させた。これらには、嗜眠、体重減少(実験開始時より20%)、食欲減退、運動不足、猫背、脱毛が含まれる(43)。
Tumorigenicity assay
SBC-3 or SBC-5 cells (2.5×10 6 ), MS-1-L or MS-1-L R3 or STC-1 or STC-1 R3 cells (1×10 7 ) were subcutaneously injected into 8-10 week old female nude mice, and tumor size was measured every week thereafter. Tumor volume (mm 3 ) was calculated as follows: (longest diameter×2)/2. In Fig. 4h, mice were treated with MTX (25 mg/kg, once daily for 5 days) or vehicle (saline) via IP injection. In Fig. 6d, mice were treated with 6-MP (50 mg/kg, once daily for 5 days), MTX (12.5 mg/kg, once daily for 5 days), MSO (25 mg/kg, once daily for 5 days) or administration vehicle (saline) delivered via IP injection. In Figure 7e, mice were treated with 6-MP (50 mg/kg, once daily for 5 days), MTX (12.5 mg/kg, once daily for 5 days), MSO (25 mg/kg, once daily for 5 days), cDDP (2.5 mg/kg, once daily for 5 days) or treatment vehicle (saline) administered by IP injection. Mice were euthanized when tumors reached the size limit of 1.4 cm or when other symptoms indicative of declining health appeared. These included lethargy, weight loss (20% from the start of the experiment), decreased appetite, lack of exercise, hunched posture, and hair loss (43).

統計解析
カテゴリー変数は数値で表し、連続変数 (年齢) は中央値 (範囲) で表した。カテゴリー変数については、HPRT1の発現と臨床的および免疫組織化学的特性との間の統計的差異を、フィッシャーの正確検定を用いて検定した。全生存期間 (OS) は、初回手術日または初回診断日から最終フォローアップ日または死亡日までの期間と定義された。OSは、Kaplan-Meier法とlog-rank検定を用いて推定した。p値<0.05は統計的に有意とみなした。定量的データは、特に断りのない限り平均値±s.d.で示し、対の両側Studentのt検定で群間比較を行った。主成分分析は、測定された代謝酵素の階層的クラスタリングから得られたヒートマップに対して行われた。P値<0.05を統計的に有意とした。すべての統計解析は、JMP v15 (SAS Institute, Cary, NC, USA)を用いて実施した。
Statistical analysis Categorical variables were expressed as numbers, and continuous variables (age) were expressed as median (range). For categorical variables, statistical differences between HPRT1 expression and clinical and immunohistochemical characteristics were tested using Fisher's exact test. Overall survival (OS) was defined as the time from the date of initial surgery or initial diagnosis to the date of last follow-up or death. OS was estimated using the Kaplan-Meier method and log-rank test. A p-value < 0.05 was considered statistically significant. Quantitative data are presented as mean ± sd unless otherwise noted, and between-group comparisons were performed with paired two-tailed Student's t-test. Principal component analysis was performed on heat maps obtained from hierarchical clustering of measured metabolic enzymes. A P-value < 0.05 was considered statistically significant. All statistical analyses were performed using JMP v15 (SAS Institute, Cary, NC, USA).

実施例1
小細胞肺がん特異的代謝酵素発現シグネチャー
小細胞肺がんの代謝表現型を明らかにするため、小細胞肺がん患者12名、肺腺がん患者12名、肺扁平上皮がん患者12名から腫瘍検体を獲得し、iMPAQT解析によるタンパク質レベルでの代謝酵素発現量比較解析を行った (非特許文献9) (21)。得られた結果を図1aに示す。
Example 1
To clarify the metabolic phenotype of small cell lung cancer, tumor samples were obtained from 12 patients with small cell lung cancer, 12 patients with lung adenocarcinoma, and 12 patients with lung squamous cell carcinoma, and a comparative analysis of metabolic enzyme expression levels at the protein level was performed using iMPAQT analysis (Non-Patent Document 9) (21). The results are shown in Figure 1a.

代謝酵素の発現パターンから主成分分析を行った結果、小細胞肺がん、肺腺がん、肺扁平上皮がんの各々が独立した代謝酵素発現シグニチャーを有していることが明らかになった (図1b)。これらの試料間でGSEA (遺伝子セットエンリッチメントアナリシス (Gene Set Enrichment Analysis: GSEA) ) 解析を行った。GSEA解析は、あらかじめ準備した「遺伝子セット (Gene Set)」について、遺伝子発現が増加または減少した遺伝子群が、どの「遺伝子セット」に多く含まれているかを調べることができる。その結果、小細胞肺がんは肺線がんおよび肺扁平上皮がんと比較し、プリンヌクレオチドおよびピリミジンヌクレオチド合成酵素群の発現が顕著に上昇していることが明らかになった (図1c、d)。これら小細胞肺がん、肺扁平上皮がんおよび肺腺がんの代謝酵素発現量の比較解析を行った結果から、プリンピリミジンヌクレオチド合成酵素の発現上昇が、小細胞肺がんを特徴づける代謝酵素発現パターンであることが明らかになった。 Principal component analysis of the metabolic enzyme expression patterns revealed that small cell lung cancer, lung adenocarcinoma, and lung squamous cell carcinoma each had an independent metabolic enzyme expression signature (Figure 1b). Gene Set Enrichment Analysis (GSEA) was performed between these samples. GSEA analysis can examine which "gene sets" prepared in advance contain a large number of genes whose gene expression has increased or decreased. As a result, it was revealed that the expression of purine nucleotide and pyrimidine nucleotide synthetase groups was significantly increased in small cell lung cancer compared to lung adenocarcinoma and lung squamous cell carcinoma (Figure 1c, d). A comparative analysis of the metabolic enzyme expression levels of these small cell lung cancers, lung squamous cell carcinomas, and lung adenocarcinomas revealed that the increased expression of purine pyrimidine nucleotide synthetase is a metabolic enzyme expression pattern that characterizes small cell lung cancer.

次に、小細胞肺がんを特徴付けるプリンピリミジンヌクレオチド合成酵素の中で最も発現上昇が顕著であった酵素を明らかにするため、小細胞肺がん対肺扁平上皮がん、また小細胞肺がん対肺腺がんとで生じたプリンピリミジンヌクレオチド合成酵素の発現変動を、火山プロット(volcano plot)を用いて比較解析した。得られた結果を図2aに示す。小細胞肺がん対肺扁平上皮がん、また小細胞肺がん対肺腺がんとの両者で発現上昇した酵素を抽出した (図2a、b)。その結果、小細胞肺がんでは肺扁平上皮がんおよび肺腺がんと比較し、プリンサルベージ経路のヒポキサンチン-グアニン ホスホリボシルトランスフェラーゼ (Hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase (HPRT1))、RNAポリメラーゼII, IおよびIIIサブユニットF (RNA Polymerase II, I And III Subunit F (POLR2F))、およびピリミジン代謝酵素であるデオキシウリジン三リン酸 (Deoxyuridine Triphosphatase (DUT)) の発現上昇が顕著であることが明らかになった (図2b)。これら小細胞肺がんを特徴づける因子として抽出されたHPRT1、POLR2F、およびDUTの中で、HPRT1が小細胞肺がんと肺扁平上皮がんおよび肺腺がんと比較した際に最も発現量上昇が顕著であることが明らかになった (図2a、c)。また、外科的介入が必要となる、腫瘍サイズ3 cmより大きなものと3 cm以下でHPRT1、POLR2F、DUTの発現量変化を確認したところ、腫瘍サイズの増大に伴い、HPRT1の発現量上昇が生じていることが明らかになった (図2d)。小細胞肺がんを特徴付ける因子として抽出されたHPRT1、POLR2F、およびDUTについて、小細胞肺がん患者由来の正常組織とがん組織でiMPAQTを用いた発現量の比較解析を行った (図2e)。その結果、HPRT1、POLR2F、DUTの中で最もHPRT1が正常組織対がん組織間での発現量差が大きかったことから、HPRT1が小細胞肺がんの悪性化の原因に関わっていることが推定された (図2e)。 Next, to identify the enzyme with the most significant increase in expression among the purine pyrimidine nucleotide synthetases that characterize small cell lung cancer, we used a volcano plot to compare and analyze the changes in expression of purine pyrimidine nucleotide synthetases in small cell lung cancer versus squamous cell carcinoma, and in small cell lung cancer versus adenocarcinoma. The results are shown in Figure 2a. Enzymes with increased expression in both small cell lung cancer versus squamous cell carcinoma, and in small cell lung cancer versus adenocarcinoma, were extracted (Figures 2a and b). As a result, it was revealed that the expression of the purine salvage pathway enzymes hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase (HPRT1), RNA polymerase II, I and III subunit F (POLR2F), and the pyrimidine metabolic enzyme deoxyuridine triphosphatase (DUT) was significantly increased in small cell lung cancer compared to squamous cell carcinoma and adenocarcinoma (Fig. 2b). Among the factors HPRT1, POLR2F, and DUT extracted as characteristics of small cell lung cancer, it was revealed that the expression level of HPRT1 was most significantly increased when small cell lung cancer was compared to squamous cell carcinoma and adenocarcinoma (Fig. 2a, c). In addition, we confirmed the changes in the expression levels of HPRT1, POLR2F, and DUT in tumors larger than 3 cm and smaller than 3 cm, which require surgical intervention, and found that the expression level of HPRT1 increased with increasing tumor size (Fig. 2d). For HPRT1, POLR2F, and DUT, which were extracted as factors characterizing small cell lung cancer, we performed a comparative analysis of the expression levels using iMPAQT in normal tissues and cancer tissues derived from small cell lung cancer patients (Fig. 2e). As a result, among HPRT1, POLR2F, and DUT, the difference in expression level of HPRT1 between normal tissues and cancer tissues was the largest, suggesting that HPRT1 is involved in the cause of malignant progression of small cell lung cancer (Fig. 2e).

小細胞肺がん患者の予後に関し、これらHPRT1、POLR2F、およびDUTの因子が示す影響を評価するため、カプラン・マイヤー (Kaplan-Meier) 解析を行なった。その結果、HPRT1の発現上昇が小細胞肺がん患者の死亡リスクを最も高める因子であり、決定的な予後マーカーとなることが明らかになった (図2f)。このように、小細胞肺がん患者のiMPAQTによる代謝酵素定量値を用いた多角的な解析から、HPRT1は小細胞肺がんでの顕著な発現上昇と、死亡リスクの増大に寄与する悪性性因子であることが明らかになった。 Kaplan-Meier analysis was performed to evaluate the influence of these HPRT1, POLR2F, and DUT factors on the prognosis of patients with small cell lung cancer. The results showed that increased expression of HPRT1 was the factor that most increased the risk of death in patients with small cell lung cancer and was a definitive prognostic marker (Figure 2f). Thus, a multifaceted analysis using metabolic enzyme quantification values by iMPAQT in patients with small cell lung cancer revealed that HPRT1 is a malignant factor that contributes to a significant increase in expression in small cell lung cancer and an increased risk of death.

次いで、HPRT1が死亡リスクの増大に寄与する悪性性因子であることを再確認するため、進展型小細胞肺がん患者の腫瘍組織を用いてHPRT1の免疫染色を免疫組織化学染色 (IHC) により行い、またカプラン・マイヤー生存解析を実施した (図3a、b)。その結果、HPRT1の免疫染色による解析でも、HPRT1が死亡リスクの増大に寄与する悪性性因子であることが再現された (図3b)。これらiMPAQTで定量化した代謝酵素のタンパク質量を多角的に解析した結果、HPRT1の発現上昇が小細胞肺がんの腫瘍悪性度と強く関連していることが示唆された。 Next, to reaffirm that HPRT1 is a malignant factor that contributes to an increased risk of death, immunohistochemical staining (IHC) was performed on tumor tissue from patients with extensive-stage small cell lung cancer, and Kaplan-Meier survival analysis was also performed (Fig. 3a, b). The results of the HPRT1 immunostaining analysis also demonstrated that HPRT1 is a malignant factor that contributes to an increased risk of death (Fig. 3b). A multifaceted analysis of the protein amounts of these metabolic enzymes quantified by iMPAQT suggested that increased HPRT1 expression is strongly associated with the malignancy of small cell lung cancer tumors.

実施例2
HPRT1の核酸配列欠損は小細胞肺がんの腫瘍化を抑制する
HPRT1が小細胞肺がんの悪性化に寄与する機能的因子であるかどうかを調べるため、小細胞肺がん10細胞株およびその他の20種類のがん細胞を6-メルカプトプリン (6-MP) で96時間生理的培地で処理し、小細胞肺がん細胞と他のがん細胞の6-MPに対する感受性を比較した。結果、小細胞肺がん細胞は他のがん細胞よりも6-MPに対して感受性が高いことが分かった (図4a)。薬理実験に加えて、CRISPR-Cas9システムを用いて、2つの独立した小細胞肺がん細胞株SBC-3 (NIBIOHN) およびSBC-5 (JCRB) においてHPRT1の核酸配列を遺伝的に破壊した。すなわち、SBC-3およびSBC-5について、AAVS1対照細胞 (Kanarek, N., Petrova, B. & Sabatini, D. M. Dietary modifications for enhanced cancer therapy. Nature 579, 507-517, (2020).)、HPRT1-KO#1、HPRT1-KO#3、ならびに野生型 (WT) にヒトHPRT1のレトロウイルスを感染させたヒトHPRT1過剰発現HPRT1-KO小細胞肺がん細胞株 (+HPRT1-OEにおけるHPRT1-KO#1、HPRT1-KO#3) におけるHPRT1およびHsp90 (ローディング対照)の免疫ブロット分析を行った。免疫ブロット解析は、単回で行った。免疫ブロット解析の結果、これらの細胞ではHPRT1タンパク質の発現が検出されなかった (図4b)。また、レスキュー実験のために、HPRT1欠損SBC-3およびSBC-5細胞 (HPRT1-KO#1およびHPRT1-KO#3) に外来性のHPRT1を過剰発現させた。すなわち、小細胞肺がん細胞 (2.5×103) をプレーティングし、そして生理的培地中、DMSO対照 (DMSO) または100μM 6-MPの存在下で培養した。細胞数は、3日目または6日目にPrestoBlueによって決定した (n=4)。これらのHPRT1欠損小細胞肺がん細胞は、HPRT1によって代謝されると細胞毒性が出現する6-MPに対して耐性を示すが、AAVS1対照細胞はこの薬剤に対して感受性を示した (図4c)。ヒト血漿の栄養レベルで調製した生理的培地での2次元培養では、HPRT1欠損小細胞肺がん細胞の増殖効率は対照に比べて著しく低下したが、これはHPRT1欠損小細胞肺がん細胞に外来性のHPRT1を強制発現させると回復した(図4d)。さらに、HPRT1欠損小細胞肺がん細胞では、3次元培養における足場非依存性増殖能も、AAVS1対照細胞と比較し低下していた (図4d)。これは、がん特異的な浮遊状態での増殖能が抑制されていたことを意味する。
Example 2
Deletion of the HPRT1 nucleic acid sequence suppresses tumorigenesis in small cell lung cancer
To investigate whether HPRT1 is a functional factor that contributes to the malignant progression of small cell lung cancer, we treated 10 small cell lung cancer cell lines and 20 other cancer cell lines with 6-mercaptopurine (6-MP) for 96 h in physiological medium and compared the sensitivity of small cell lung cancer cells to 6-MP with other cancer cells. The results showed that small cell lung cancer cells were more sensitive to 6-MP than other cancer cells (Fig. 4a). In addition to pharmacological experiments, we used the CRISPR-Cas9 system to genetically disrupt the HPRT1 nucleic acid sequence in two independent small cell lung cancer cell lines, SBC-3 (NIBIOHN) and SBC-5 (JCRB). Specifically, for SBC-3 and SBC-5, we performed immunoblot analysis of HPRT1 and Hsp90 (loading control) in AAVS1 control cells (Kanarek, N., Petrova, B. & Sabatini, DM Dietary modifications for enhanced cancer therapy. Nature 579, 507-517, (2020).), HPRT1-KO#1, HPRT1-KO#3, and human HPRT1-overexpressing HPRT1-KO small cell lung cancer cell lines (HPRT1-KO#1 and HPRT1-KO#3 in +HPRT1-OE) infected with human HPRT1 retrovirus. Immunoblot analysis was performed in a single run. Immunoblot analysis showed that HPRT1 protein expression was not detected in these cells (Figure 4b). For rescue experiments, HPRT1-deficient SBC-3 and SBC-5 cells (HPRT1-KO#1 and HPRT1-KO#3) were exogenously overexpressed with HPRT1. Specifically, small cell lung cancer cells (2.5×10 3 ) were plated and cultured in physiological medium in the presence of DMSO control (DMSO) or 100 μM 6-MP. Cell numbers were determined by PrestoBlue on days 3 or 6 (n=4). These HPRT1-deficient small cell lung cancer cells were resistant to 6-MP, which becomes cytotoxic when metabolized by HPRT1, whereas AAVS1 control cells were sensitive to this drug (Fig. 4c). In 2D culture in physiological medium prepared with nutrient levels of human plasma, the growth efficiency of HPRT1-deficient small cell lung cancer cells was significantly reduced compared to the control, but this was restored by forced expression of exogenous HPRT1 in HPRT1-deficient small cell lung cancer cells (Fig. 4d). Furthermore, HPRT1-deficient SCLC cells also exhibited reduced anchorage-independent growth in 3D culture compared with AAVS1 control cells (Fig. 4d), indicating that cancer-specific proliferation in suspension was suppressed.

プリン合成はde novo経路とサルベージ経路の両方によって担われていることから (図4e)、HPRT1の欠損によってサルベージ経路が機能しなくなると、細胞の増殖要件を満たすためにプリン合成がよりde novo経路に依存するようになると考えられる。そこで、de novo経路を間接的に阻害する葉酸代謝の阻害物質であるメトトレキサート (MTX) で96時間処理したAAVS1対照細胞およびHPRT1-KO 小細胞肺がん細胞株 (SBC-3およびSBC-5) の細胞生存率の用量反応曲線 (n=4)を作成した。結果、予想通り、これらのHPRT1欠損小細胞肺がん細胞は、MTXに対し、AAVS1対照細胞よりも感受性が高くなり、腫瘍サイズと腫瘍重量が抑制された (図4e)。 Because purine synthesis is carried out by both the de novo and salvage pathways (Fig. 4e), it is expected that when the salvage pathway is no longer functional due to HPRT1 deficiency, purine synthesis becomes more dependent on the de novo pathway to meet the cell growth requirements. Therefore, we performed dose-response curves (n=4) of cell viability in AAVS1 control cells and HPRT1-KO small cell lung cancer cell lines (SBC-3 and SBC-5) treated for 96 hours with methotrexate (MTX), an inhibitor of folate metabolism that indirectly inhibits the de novo pathway. As expected, these HPRT1-deficient small cell lung cancer cells were more sensitive to MTX than AAVS1 control cells, and tumor size and tumor weight were suppressed (Fig. 4e).

さらに、マウス担がん移植アッセイで、HPRT1欠損が腫瘍形成に及ぼす影響を調べた。すなわち、ヌードマウスにおけるAAVS1対照細胞およびHPRT1-KO 小細胞肺がん細胞株 の腫瘍形成能を、皮下移植片の腫瘍体積(左パネル)および腫瘍重量 (右パネル) について、示されたMTX (25mg/kg、5日間) で処理した。MTXの単独投与は、AAVS1対照のSBC-3およびSBC-5細胞の腫瘍形成を緩やかに抑制した (図4h)。HPRT1欠損小細胞肺がん細胞を移植すると、AAVS1対照に比べてはるかに造腫瘍抑制が生じ、この腫瘍サイズの縮小は、MTX処理によってさらに顕著になった。これらの結果は、HPRT1がインビトロでの小細胞肺がん細胞の増殖およびインビボでの腫瘍形成に不可欠であり、HPRT1阻害とMTXの併用が小細胞肺がんに対する有効な治療法となる可能性を示唆するものであった。 Furthermore, we investigated the effect of HPRT1 deficiency on tumor formation in mouse tumor-bearing transplantation assays. That is, the tumorigenicity of AAVS1 control cells and HPRT1-KO small cell lung cancer cell lines in nude mice was examined for tumor volume (left panel) and tumor weight (right panel) in subcutaneous transplants treated with the indicated MTX (25 mg/kg, 5 days). MTX administration alone moderately suppressed tumor formation of AAVS1 control SBC-3 and SBC-5 cells (Fig. 4h). Transplantation of HPRT1-deficient small cell lung cancer cells resulted in much more tumor suppression than AAVS1 controls, and this reduction in tumor size was even more pronounced with MTX treatment. These results suggest that HPRT1 is essential for small cell lung cancer cell proliferation in vitro and tumor formation in vivo, and that the combination of HPRT1 inhibition and MTX may be an effective therapy for small cell lung cancer.

実施例3
グルタミンの供給が制限された場合、がん細胞が増殖能と生存率を維持するためにサルベージ経路に依存している可能性を検証するために、サルベージプリン核酸合成で使用される基質ヒポキサンチンをグルタミン飢餓培地へ添加することによるSBC-3およびSBC-5細胞の増殖に及ぼす影響を調べた。小細胞肺がん細胞 (2.5×103) をプレーティングし、次に生理的培地で、ビヒクル (生理食塩水) 単独または生理的レベルのヒポキサンチン(1μMまたは10μM) の存在下で培養した。細胞数は、PrestoBlueによって96時間で決定した (n=4)。結果、ヒポキサンチンの添加により、グルタミン飢餓条件下でのSBC-3またはSBC-5の増殖阻害が改善した (図5a)。次に、SBC-3およびSBC-5細胞について、グルタミン濃度を0、300、600μMとしたときの6-MPに対する感受性を調べた (図5b)。その結果、これらの小細胞肺がん細胞の6-MPに対する感受性は、グルタミン飢餓条件下で有意に上昇することがわかった。さらに、6-MP処理とグルタミン飢餓の組み合わせが小細胞肺がん細胞株の増殖に及ぼす影響を調べた。すなわち、10種の独立した小細胞肺がん細胞株の等しい数の細胞 (2.5×103) をプレーティングし、次に各種細胞培養条件下で培養した。6-MP、MTXおよびCB-839は1μMで添加した。細胞数はPrestoBlueにより96時間後に決定した (n=4)。結果、6-MP処理とグルタミン飢餓の組み合わせは、10種の独立した小細胞肺がん細胞株の増殖抑制に、各処理単独よりも有効であり、MTXの追加処理はこの効果をさらに増強した (図5c)。グルタミンは大きく分けて核酸合成とグルタミノリシス経路で代謝される。上記の小細胞肺がん細胞の培養環境下でグルタミノリシス経路に干渉していないことを示すため、グルタミノリシス経路の律速酵素GLS1をCB-839で阻害することにより、小細胞肺がん細胞の増殖が抑制されないことを調べた。結果、ほとんどの小細胞肺がん細胞株はCB-839に抵抗性を示したが、むしろ一部の細胞は生理的グルタミンレベル (600μM) 下でCB-839により増殖能が増加した。これにより、小細胞肺がん細胞ヘのグルタミン飢餓の摂動は、グルタミノリシス経路へ及んでおらず、核酸合成経路に摂動がかかっていることを検証できた。ここまでの上記結果は、de novo経路とサルベージ経路は相互に依存しており、グルタミンが制限された条件下ではHPRT1活性への依存性が高まることを示唆するものであった。
Example 3
To test the possibility that cancer cells rely on salvage pathways to maintain proliferation and viability when glutamine supply is limited, we examined the effect of adding hypoxanthine, a substrate used in salvage purine nucleic acid synthesis, to glutamine-starved medium on the proliferation of SBC-3 and SBC-5 cells. Small cell lung cancer cells (2.5 × 10 3 ) were plated and then cultured in physiological medium in the presence of vehicle (saline) alone or physiological levels of hypoxanthine (1 μM or 10 μM). Cell numbers were determined by PrestoBlue at 96 h (n=4). The results showed that the addition of hypoxanthine improved the inhibition of proliferation of SBC-3 or SBC-5 under glutamine-starved conditions (Figure 5a). We next examined the sensitivity of SBC-3 and SBC-5 cells to 6-MP at glutamine concentrations of 0, 300, and 600 μM (Figure 5b). The results showed that the sensitivity of these small cell lung cancer cells to 6-MP was significantly increased under glutamine starvation conditions. Furthermore, the effect of the combination of 6-MP treatment and glutamine starvation on the proliferation of small cell lung cancer cell lines was examined. That is, equal numbers of cells (2.5 × 10 3 ) of 10 independent small cell lung cancer cell lines were plated and then cultured under various cell culture conditions. 6-MP, MTX and CB-839 were added at 1 μM. Cell numbers were determined after 96 h by PrestoBlue (n = 4). The results showed that the combination of 6-MP treatment and glutamine starvation was more effective at inhibiting the proliferation of 10 independent small cell lung cancer cell lines than each treatment alone, and additional treatment with MTX further enhanced this effect (Figure 5c). Glutamine is largely metabolized via the nucleic acid synthesis and glutaminolysis pathways. To demonstrate that the glutaminolysis pathway was not being interfered with under the above conditions, we investigated whether inhibition of the rate-limiting enzyme GLS1 in the glutaminolysis pathway with CB-839 did not inhibit the proliferation of small cell lung cancer cells. As a result, most small cell lung cancer cell lines were resistant to CB-839, but some cells showed increased proliferation in the presence of CB-839 at physiological glutamine levels (600 μM). This verified that the perturbation of glutamine starvation in small cell lung cancer cells did not affect the glutaminolysis pathway, but rather the nucleic acid synthesis pathway. These results suggest that the de novo and salvage pathways are mutually dependent, and that the dependency on HPRT1 activity increases under glutamine-limited conditions.

次に、グルタミン供給量の減少が小細胞肺がんの増殖に及ぼす影響を、薬理学的アプローチによりマウスで検討した。メチオニンスルホキシミン (MSO) は、グルタミン合成酵素 (GS) がグルタミン酸とアンモニアからグルタミンを合成する酵素活性を阻害する (図6a)。マウスにMSOを投与すると、確かに血中のグルタミンレベルが低下する (図6b)。これは、鶏での先行研究 (27) と一致した。小細胞肺がん細胞SBC-3およびSBC-5細胞を、様々なグルタミン濃度 (0、300、600μM) の条件下でMSO処理し、それら小細胞肺がん細胞の成長を調べた。MSO処理は、これまでの研究 (28、29) と同様に、グルタミンが完全に枯渇した条件下でのみ小細胞肺がんの成長を緩やかに阻害したが、培養液からグルタミンが供給される条件下では小細胞肺がんの成長を阻害しなかった (図6c)。 Next, the effect of a decrease in glutamine supply on the growth of small cell lung cancer was examined in mice using a pharmacological approach. Methionine sulfoximine (MSO) inhibits the enzyme activity of glutamine synthetase (GS), which synthesizes glutamine from glutamate and ammonia (Fig. 6a). Administration of MSO to mice indeed reduced blood glutamine levels (Fig. 6b). This was consistent with previous studies in chickens (27). Small cell lung cancer cells SBC-3 and SBC-5 were treated with MSO under various glutamine concentrations (0, 300, and 600 μM) and the growth of these small cell lung cancer cells was examined. As in previous studies (28, 29), MSO treatment only moderately inhibited the growth of small cell lung cancer cells under conditions where glutamine was completely depleted, but did not inhibit the growth of small cell lung cancer cells under conditions where glutamine was supplied from the culture medium (Fig. 6c).

次に、MSO単独投与、MSOと6-MPの併用、およびMSOと6-MPおよびMTXによる追加併用による、ヌードマウスにおける小細胞肺がん細胞の腫瘍重量および生存率の変化を調べた。すなわち、小細胞肺がんSBC-3またはSBC-5の移植から5日後、ヌードマウスをMSO (25 mg/kg)、MSO (25 mg/kg)/6-MP (50 mg/kg)、およびMSO(20 mg/kg)/6-MP (50 mg/kg)/MTX (12.5 mg/kg)で5日間処理した。結果、SBC-3 または SBC-5 のマウス担がん移植モデルにおいて、MSO単独投与では治療効果がなかったが、MSOと6-MPの併用は6-MP単独投与よりも小細胞肺がん細胞の増殖抑制に著しく有効であった (図6d)。この治療効果は、MTXによる追加処理によってさらに高まった。実際、MSO+6-MPまたはMSO+6-MP+MTXで処理したマウスは、小細胞肺がん細胞をマウスに移植した後、~3ヶ月の観察期間内に死亡しなかった (図6e)。これらの結果から、小細胞肺がんはグルタミンの利用が制限された条件下で6-MPに対する感受性が上昇し、MSOによる宿主のグルタミン代謝の撹乱が、インビボでの小細胞肺がんのサルベージ経路の阻害による抗がん治療の有効性を高めることが示唆された。 Next, we investigated the changes in tumor weight and survival rate of small cell lung cancer cells in nude mice by administration of MSO alone, the combination of MSO and 6-MP, and the additional combination of MSO, 6-MP, and MTX. That is, 5 days after transplantation of small cell lung cancer SBC-3 or SBC-5, nude mice were treated with MSO (25 mg/kg), MSO (25 mg/kg)/6-MP (50 mg/kg), and MSO (20 mg/kg)/6-MP (50 mg/kg)/MTX (12.5 mg/kg) for 5 days. As a result, in the mouse tumor-bearing model of SBC-3 or SBC-5, administration of MSO alone had no therapeutic effect, but the combination of MSO and 6-MP was significantly more effective in suppressing the growth of small cell lung cancer cells than administration of 6-MP alone (Figure 6d). This therapeutic effect was further enhanced by additional treatment with MTX. Indeed, mice treated with MSO + 6-MP or MSO + 6-MP + MTX did not die within the observation period of ~3 months after small cell lung cancer cells were transplanted into the mice (Fig. 6e). These results suggest that small cell lung cancer is more sensitive to 6-MP under conditions of limited glutamine availability, and that disruption of host glutamine metabolism by MSO enhances the efficacy of anticancer therapy by inhibiting the salvage pathway of small cell lung cancer in vivo.

このような結果から、宿主のグルタミン代謝を撹乱し、宿主内グルタミン量を低下させることが出来れば、インビボ小細胞肺がんの6-MP感受性を亢進させる可能性がある。この仮説を検証するため、今回、宿主の血漿グルタミン量を操作する介入法を実施した。そのためには、インビボで宿主のグルタミン代謝を撹乱し、がん細胞へのグルタミン供給を制限するには、宿主側のグルタミン合成を阻害する必要がある。メチオニンスルホキシミン (MSO) は、グルタミン合成酵素 (GS) 特異的阻害物質として知られており (図6a)、齧歯類をはじめとした動物種の血漿、脳や肝臓などの臓器単位でのグルタミン量の抑制を可能とする。BALBc/Ajcl nu/nuヌードマウスに、MSOを25 mg/kgでIP投与し血漿グルタミン濃度を測定したところ、投与後24時間まで持続した血漿グルタミン濃度の低下が確認された (図6b)。GSによる小細胞肺がんへの直接的増殖抑制効果を確認するため、インビトロ培養環境下でグルタミン濃度を振って確認したところ、GSはグルタミンが細胞外から補給される環境下では小細胞肺がんの増殖を抑制しなかった (図6c)。GSは、インビトロ培養環境下でグルタミン完全枯渇の条件でのみ小細胞肺がんの増殖をわずかに抑制した (22) (図6c)。MSOによる宿主血漿グルタミン代謝への撹乱が6-MPへの感受性を亢進させるか確認するため、異種移植片アッセイを実施した。MSO単剤投与群はSBC-3とSBC-5のビヒクル対照と比較し有意な造腫瘍抑制効果を示さなかった (図6d, e)。SBC-3とSBC-5への6-MP単剤投与は、ビヒクル対照と比較し有意な造腫瘍抑制効果を示した (図6d, f)。SBC-3とSBC-5へのMSOと6-MP併用投与は、ビヒクル対照と比較し顕著かつ有意な造腫瘍抑制効果を示し、マウスの生存期間を延伸した (図6d, e)。SBC-3とSBC-5へのMSO、6-MP、MTXの3剤併用投与もまたビヒクル対照と比較し顕著かつ有意な造腫瘍抑制効果を示し、かつMSOと6-MP併用と比較しマウスの更なる生存期間延伸を実現した (図6d, e )。これらの結果から、インビトロおよびインビボで小細胞肺がんはグルタミン利用可能性が制限された環境下で6-MPへの感受性の亢進を示し、MSOを用いた宿主グルタミン代謝の撹乱はサルベージ経路を介した抗がん治療法の効果を増強することが明らかになった。 Based on these results, if we can disrupt the host's glutamine metabolism and reduce the amount of glutamine in the host, it may be possible to enhance the 6-MP sensitivity of small cell lung cancer in vivo. To test this hypothesis, we performed an intervention method to manipulate the host's plasma glutamine level. To do this, we need to inhibit glutamine synthesis in the host to disrupt the host's glutamine metabolism in vivo and limit the supply of glutamine to cancer cells. Methionine sulfoximine (MSO) is known as a glutamine synthetase (GS) specific inhibitor (Fig. 6a), and it can suppress the amount of glutamine in plasma and organs such as the brain and liver in rodents and other animals. We administered MSO IP at 25 mg/kg to BALBc/Ajcl nu/nu nude mice and measured the plasma glutamine concentration, and found that the decrease in plasma glutamine concentration was sustained for up to 24 hours after administration (Fig. 6b). To confirm the direct growth-inhibitory effect of GS on small cell lung cancer, we varied the glutamine concentration in an in vitro culture environment and found that GS did not inhibit the growth of small cell lung cancer cells when glutamine was supplied from outside the cells (Fig. 6c). GS only slightly inhibited the growth of small cell lung cancer cells under the condition of complete glutamine depletion in an in vitro culture environment (22) (Fig. 6c). To confirm whether the perturbation of host plasma glutamine metabolism by MSO enhances sensitivity to 6-MP, we performed a xenograft assay. MSO alone did not show a significant tumor suppressive effect compared to the vehicle control of SBC-3 and SBC-5 (Fig. 6d, e). 6-MP alone showed a significant tumor suppressive effect compared to the vehicle control of SBC-3 and SBC-5 (Fig. 6d, f). Co-administration of MSO and 6-MP to SBC-3 and SBC-5 showed a significant and marked tumor suppression effect compared to vehicle control and extended the survival time of mice (Fig. 6d, e). Co-administration of MSO, 6-MP, and MTX to SBC-3 and SBC-5 also showed a significant and marked tumor suppression effect compared to vehicle control and further extended the survival time of mice compared to MSO and 6-MP (Fig. 6d, e). These results demonstrate that small cell lung cancer cells show increased sensitivity to 6-MP under conditions of limited glutamine availability in vitro and in vivo, and that perturbation of host glutamine metabolism using MSO enhances the efficacy of anticancer therapies via the salvage pathway.

実施例5
シスプラチン耐性小細胞肺がんはグルタミン飢餓と核酸合成阻害に感受性を示す
de novoプリン合成経路とサルベージプリン合成経路の同時阻害がシスプラチン抵抗性小細胞肺がんに対しても有効であるかどうかを検討した。そのために、シスプラチン耐性で起こる代謝的適応を誘導するため、小細胞肺がん株のMS-1-LとSTC-1細胞株をシスプラチンに暴露した。ヒト血漿中のシスプラチンの最大治療濃度に相当する10μM (33) のシスプラチンへの48時間曝露を1サイクルとし、小細胞肺がん株にシスプラチン耐性が発現する3サイクル目まで介入した (図7a)。
Example 5
Cisplatin-resistant small cell lung cancer is sensitive to glutamine starvation and inhibition of nucleic acid synthesis
We investigated whether simultaneous inhibition of the de novo and salvage purine synthesis pathways is effective against cisplatin-resistant small cell lung cancer. To this end, we exposed small cell lung cancer cell lines MS-1-L and STC-1 to cisplatin to induce metabolic adaptation that occurs in cisplatin resistance. Exposure to 10 μM cisplatin, which corresponds to the maximum therapeutic concentration of cisplatin in human plasma (33), was repeated for 48 h in one cycle, and the exposure was continued until the third cycle, at which point cisplatin resistance appeared in the small cell lung cancer lines (Fig. 7a).

その結果、これらのシスプラチン耐性小細胞肺がん細胞を用いたマウス担がん移植アッセイにおいて、インビボでのシスプラチン耐性が確認された (図7b, c)。これらシスプラチン耐性 (cDDP耐性) MS-1-LおよびSTC-1細胞を、6-MPまたはMTXのいずれか、あるいは6-MP+MTXで処理し、cDDP耐性小細胞肺がん細胞の細胞生存率を調べた。結果、6-MPまたはMTXのいずれか、あるいは両方がシスプラチン耐性小細胞肺がん株の増殖を、対照である親株の小細胞肺がん株に比べて場合によってはより効果的に抑制することがわかった (図7d)。次に、シスプラチン耐性小細胞肺がんMS-1-L R3およびSTC-1 R3を、6-MP (50 mg/kg) +MTX (12.5 mg/kg) およびMSO (25 mg/kg) +6-MP (50 mg/kg) +MTX (12.5 mg/kg) で処理した。結果、MTXおよび6-MPは、シスプラチン感受性およびシスプラチン耐性小細胞肺がんの両方において、対照群と比較して有意な腫瘍増殖抑制を示した (図7e, f)。MSO、6-MPおよびMTXの併用療法は、シスプラチン感受性およびシスプラチン耐性小細胞肺がんの両方において、対照群と比較して有意な腫瘍抑制を示し、MSOおよび6-MP併用療法と比較してマウスの生存率をさらに高めた (図7e, f))。これらの結果は、MSOによる血漿グルタミンレベルの操作と核酸合成阻害の組み合わせが、シスプラチン感受性小細胞肺がんのみならずシスプラチン耐性小細胞肺がんに対しても決定的な治療効果を示したことから、小細胞肺がんに対する新規治療法となる可能性を示唆するものであった。 As a result, in vivo cisplatin resistance was confirmed in mouse tumor-bearing transplantation assays using these cisplatin-resistant small cell lung cancer cells (Fig. 7b, c). These cisplatin-resistant (cDDP-resistant) MS-1-L and STC-1 cells were treated with either 6-MP or MTX, or 6-MP + MTX, and cell viability of the cDDP-resistant small cell lung cancer cells was examined. The results showed that either 6-MP or MTX, or both, suppressed the growth of cisplatin-resistant small cell lung cancer lines more effectively than the control parental small cell lung cancer lines in some cases (Fig. 7d). Next, cisplatin-resistant small cell lung cancer MS-1-L R3 and STC-1 R3 were treated with 6-MP (50 mg/kg) + MTX (12.5 mg/kg) and MSO (25 mg/kg) + 6-MP (50 mg/kg) + MTX (12.5 mg/kg). As a result, MTX and 6-MP showed significant tumor growth inhibition compared to the control group in both cisplatin-sensitive and cisplatin-resistant small cell lung cancer (Fig. 7e, f). Combination therapy of MSO, 6-MP and MTX showed significant tumor inhibition compared to the control group in both cisplatin-sensitive and cisplatin-resistant small cell lung cancer, and further improved mouse survival rate compared to MSO and 6-MP combination therapy (Fig. 7e, f). These results suggest that the combination of manipulating plasma glutamine levels by MSO and inhibiting nucleic acid synthesis showed a decisive therapeutic effect not only against cisplatin-sensitive but also against cisplatin-resistant small cell lung cancer, and may be a novel treatment for small cell lung cancer.

本発明は、以下の実施態様を包含することができる。
<HPRT1の阻害物質を含有する医薬組成物>
[101]
ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ1 (HPRT1) の阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物。
[102]
HPRT1の阻害物質が、6-メルカプトプリンである、[101]記載の医薬組成物。
[103]
HPRT1の阻害物質が、HPRT1発現の阻害物質である、[101]記載の医薬組成物。
[104]
HPRT1発現の阻害物質が、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質である、[103]記載の医薬組成物:
(a)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
[105]
HPRT1発現の阻害物質が、配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列である、[103]または[104]記載の医薬組成物。
[106]
HPRT1発現の阻害物質が、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれる、[103]または[104]記載の医薬組成物。
[107]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[101]から[106]までのいずれか記載の医薬組成物。
The present invention can include the following embodiments.
<Pharmaceutical composition containing an HPRT1 inhibitor>
[101]
A pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1).
[102]
The pharmaceutical composition according to [101], wherein the HPRT1 inhibitor is 6-mercaptopurine.
[103]
The pharmaceutical composition according to [101], wherein the HPRT1 inhibitor is an inhibitor of HPRT1 expression.
[104]
The pharmaceutical composition according to [103], wherein the inhibitor of HPRT1 expression is a substance that inhibits the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing.
[105]
The pharmaceutical composition according to [103] or [104], wherein the inhibitor of HPRT1 expression is a nucleic acid sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in sequence number 1 of the sequence listing.
[106]
The pharmaceutical composition according to [103] or [104], wherein the inhibitor of HPRT1 expression is selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme.
[107]
The pharmaceutical composition according to any one of [101] to [106], wherein the small cell lung cancer is resistant to cisplatin.

<HPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質を含有する医薬組成物>
[108]
HPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物。
[109]
HPRT1の阻害物質が、6-メルカプトプリンである、[108]記載の医薬組成物。
[110]
葉酸合成阻害物質が、メトトレキサート、プララトレキサート、ペメトレキセド、およびラルチトレキセドの中から選ばれる、[108]または[109]記載の医薬組成物。
[111]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[108]から[110]までのいずれか記載の医薬組成物。
<Pharmaceutical composition containing an HPRT1 inhibitor and a folic acid synthesis inhibitor>
[108]
A pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of HPRT1 and an inhibitor of folic acid synthesis.
[109]
The pharmaceutical composition according to [108], wherein the HPRT1 inhibitor is 6-mercaptopurine.
[110]
The pharmaceutical composition according to [108] or [109], wherein the folic acid synthesis inhibitor is selected from methotrexate, pralatrexate, pemetrexed, and raltitrexed.
[111]
The pharmaceutical composition according to any one of [108] to [110], wherein the small cell lung cancer is resistant to cisplatin.

<HPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質およびグルタミン合成酵素の阻害物質を含有する医薬組成物>
[112]
HPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質、およびグルタミン合成酵素 (GS) の阻害物質を含有する、がんを処置および/または予防するための医薬組成物。
[113]
GSの阻害物質が、メチオニンスルホキシミンである、[112]記載の医薬組成物。
[114]
GSの阻害物質が、GS発現の阻害物質である、[112]記載の医薬組成物。
[115]
GS発現の阻害物質が、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質である、[114]記載の医薬組成物:
(a)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
[116]
GS発現の阻害物質が、配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列である、[114]または[115]記載の医薬組成物。
[117]
GS発現の阻害物質が、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれる[114]または[115]記載の医薬組成物。
[118]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[112]から[117]までのいずれか記載の医薬組成物。
[119]
葉酸合成阻害物質が、メトトレキサート、プララトレキサート、ペメトレキセド、およびラルチトレキセドの中から選ばれる、[112]から[118]記載の医薬組成物。
[120]
がんが、小細胞肺がん、膵腺がん、または神経膠芽腫である、[112]から[119]記載の医薬組成物。
[121]
がんが、小細胞肺がんである、[120]記載の医薬組成物。
[122]
小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、[121]記載の医薬組成物。
Pharmaceutical Compositions Containing an HPRT1 Inhibitor, a Folic Acid Synthesis Inhibitor, and a Glutamine Synthetase Inhibitor
[112]
A pharmaceutical composition for treating and/or preventing cancer, comprising an inhibitor of HPRT1, an inhibitor of folate synthesis, and an inhibitor of glutamine synthetase (GS).
[113]
The pharmaceutical composition according to [112], wherein the GS inhibitor is methionine sulfoximine.
[114]
The pharmaceutical composition according to [112], wherein the GS inhibitor is an inhibitor of GS expression.
[115]
The pharmaceutical composition according to [114], wherein the inhibitor of GS expression is a substance that inhibits the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing.
[116]
The pharmaceutical composition according to [114] or [115], wherein the inhibitor of GS expression is a nucleic acid sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in sequence number 2 of the sequence listing.
[117]
The pharmaceutical composition according to [114] or [115], wherein the inhibitor of GS expression is selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme.
[118]
The pharmaceutical composition according to any one of [112] to [117], wherein the small cell lung cancer is resistant to cisplatin.
[119]
The pharmaceutical composition according to any one of [112] to [118], wherein the folic acid synthesis inhibitor is selected from methotrexate, pralatrexate, pemetrexed, and raltitrexed.
[120]
The pharmaceutical composition according to any one of [112] to [119], wherein the cancer is small cell lung cancer, pancreatic adenocarcinoma, or glioblastoma.
[121]
The pharmaceutical composition according to [120], wherein the cancer is small cell lung cancer.
[122]
The pharmaceutical composition according to [121], wherein the small cell lung cancer is cisplatin-resistant.

<小細胞肺がんの予後判定>
[123]
小細胞肺がんにおける予後を判定する方法であって、
(a1)被検体のHPRT1の量(被検バイオマーカー量)を測定する工程、
(b1)被検バイオマーカー量と、健常検体のHPRT1の量(対照バイオマーカー量)とを比較する工程、および
(c1)被検バイオマーカー量が対照バイオマーカー量よりも多い場合に、被検体を、小細胞肺がんの予後不良と判定する方法。
[124]
小細胞肺がんにおける予後を判定することができる、HPRT1であるバイオマーカー。
[125]
小細胞肺がんにおける予後を判定することができるバイマーカーとしての、HPRT1の使用。
<Prognosis of small cell lung cancer>
[123]
A method for determining prognosis in small cell lung cancer, comprising:
(a1) measuring the amount of HPRT1 (test biomarker amount) in a subject;
(b1) comparing the amount of a test biomarker with the amount of HPRT1 in a healthy specimen (a control biomarker amount); and (c1) determining that the specimen has a poor prognosis for small cell lung cancer if the amount of the test biomarker is greater than the amount of the control biomarker.
[124]
A biomarker, HPRT1, that can determine prognosis in small cell lung cancer.
[125]
Use of HPRT1 as a prognostic biomarker in small cell lung cancer.

本明細書に番号で引用している参考文献は次の通りである。
参考文献
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43. Kanarek, N. et al. Histidine catabolism is a major determinant of methotrexate sensitivity. Nature 559, 632-636, (2018).

Claims (25)

ヒポキサンチン-グアニンホスホリボシルトランスフェラーゼ1 (HPRT1) の阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物。 A pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of hypoxanthine-guanine phosphoribosyltransferase 1 (HPRT1). HPRT1の阻害物質が、6-メルカプトプリンである、請求項1記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 1, wherein the HPRT1 inhibitor is 6-mercaptopurine. HPRT1の阻害物質が、HPRT1発現の阻害物質である、請求項1記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 1, wherein the HPRT1 inhibitor is an inhibitor of HPRT1 expression. HPRT1発現の阻害物質が、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質である、請求項3記載の医薬組成物:
(a)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
The pharmaceutical composition according to claim 3, wherein the inhibitor of HPRT1 expression is a substance that inhibits the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing.
HPRT1発現の阻害物質が、配列表の配列番号1に示されるHPRT1の核酸配列と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列である、請求項4記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 4, wherein the inhibitor of HPRT1 expression is a nucleic acid sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:1 in the sequence listing. HPRT1発現の阻害物質が、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれる請求項4記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 4, wherein the inhibitor of HPRT1 expression is selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme. 小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、請求項1から6までのいずれか記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to any one of claims 1 to 6, wherein the small cell lung cancer is cisplatin-resistant. HPRT1の阻害物質および葉酸合成阻害物質を含有する、小細胞肺がんを処置および/または予防するための医薬組成物。 A pharmaceutical composition for treating and/or preventing small cell lung cancer, comprising an inhibitor of HPRT1 and an inhibitor of folic acid synthesis. HPRT1の阻害物質が、6-メルカプトプリンである、請求項8記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 8, wherein the HPRT1 inhibitor is 6-mercaptopurine. 葉酸合成阻害物質が、メトトレキサート、プララトレキサート、ペメトレキセド、およびラルチトレキセドの中から選ばれる、請求項9記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 9, wherein the folic acid synthesis inhibitor is selected from methotrexate, pralatrexate, pemetrexed, and raltitrexed. 小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、請求項8から10までのいずれか記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to any one of claims 8 to 10, wherein the small cell lung cancer is cisplatin-resistant. HPRT1の阻害物質、葉酸合成阻害物質、およびグルタミン合成酵素 (GS) の阻害物質を含有する、がんを処置および/または予防するための医薬組成物。 A pharmaceutical composition for treating and/or preventing cancer, comprising an inhibitor of HPRT1, an inhibitor of folate synthesis, and an inhibitor of glutamine synthetase (GS). GSの阻害物質が、メチオニンスルホキシミンである、請求項12記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 12, wherein the GS inhibitor is methionine sulfoximine. GSの阻害物質が、GS発現の阻害物質である、請求項12記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 12, wherein the GS inhibitor is an inhibitor of GS expression. GS発現の阻害物質が、以下の(a)または(b)のいずれかに示される核酸配列の発現を阻害する物質である、請求項14記載の医薬組成物:
(a)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列、または
(b)配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列において1個若しくは数個の塩基が欠失、置換または付加されている塩基配列を含む核酸配列。
The pharmaceutical composition according to claim 14, wherein the inhibitor of GS expression is a substance that inhibits the expression of a nucleic acid sequence shown in either (a) or (b) below:
(a) the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing, or (b) a nucleic acid sequence containing a base sequence in which one or more bases have been deleted, substituted or added in the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing.
GS発現の阻害物質が、配列表の配列番号2に示されるHPRT1の核酸配列と相補的な塩基配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸配列である、請求項15記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 15, wherein the inhibitor of GS expression is a nucleic acid sequence that hybridizes under stringent conditions with a base sequence complementary to the nucleic acid sequence of HPRT1 shown in SEQ ID NO:2 in the sequence listing. GS発現の阻害物質が、siRNA、アンチセンスおよびリボザイムからなる群から選ばれる請求項15記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 15, wherein the inhibitor of GS expression is selected from the group consisting of siRNA, antisense and ribozyme. 小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、請求項12から17までのいずれか記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to any one of claims 12 to 17, wherein the small cell lung cancer is cisplatin-resistant. 葉酸合成阻害物質が、メトトレキサート、プララトレキサート、ペメトレキセド、およびラルチトレキセドの中から選ばれる、請求項12記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 12, wherein the folic acid synthesis inhibitor is selected from methotrexate, pralatrexate, pemetrexed, and raltitrexed. がんが、小細胞肺がん、膵腺がん、または神経膠芽腫である、請求項19記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 19, wherein the cancer is small cell lung cancer, pancreatic adenocarcinoma, or glioblastoma. がんが、小細胞肺がんである、請求項20記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 20, wherein the cancer is small cell lung cancer. 小細胞肺がんが、シスプラチン耐性である、請求項21記載の医薬組成物。 The pharmaceutical composition according to claim 21, wherein the small cell lung cancer is cisplatin-resistant. 小細胞肺がんにおける予後を判定する方法であって、
(a1)被検体のHPRT1の量(被検バイオマーカー量)を測定する工程、
(b1)被検バイオマーカー量と、健常検体のHPRT1の量(対照バイオマーカー量)とを比較する工程、および
(c1)被検バイオマーカー量が対照バイオマーカー量よりも多い場合に、被検体を、小細胞肺がんの予後不良と判定する方法。
A method for determining prognosis in small cell lung cancer, comprising:
(a1) measuring the amount of HPRT1 (test biomarker amount) in a subject;
(b1) comparing the amount of a test biomarker with the amount of HPRT1 in a healthy specimen (a control biomarker amount); and (c1) determining that the specimen has a poor prognosis for small cell lung cancer if the amount of the test biomarker is greater than the amount of the control biomarker.
小細胞肺がんにおける予後を判定することができる、HPRT1であるバイオマーカー。 HPRT1 is a biomarker that can determine prognosis in small cell lung cancer. 小細胞肺がんにおける予後を判定することができるバイマーカーとしての、HPRT1の使用。 The use of HPRT1 as a biomarker for determining prognosis in small cell lung cancer.
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