Increased utilization of fructose has a positive effect on the development of breast cancer.
果糖利用の増加は乳癌発症に正の作用がある
PeerJ. 2017 Sep 27;5:
Abstract抄録
Rapid proliferation and Warburg effect make cancer cells consume plenty of glucose,which induces a low glucose micro-environment within the tumor.
癌細胞は、急速な増殖とワールブルグ効果(好気的解糖)で、多くのブドウ糖を消費し、それは癌微小環境の低血糖を誘発する
Up to date, how cancer cells keep proliferating in the condition of glucose insufficiency still remains to be explored.
今までのところ、癌細胞がブドウ糖欠乏の状態でどのように増殖し続けるのかまだ調べられていない
Recent studies have revealed a close correlation between excessive fructose consumption and breast cancer genesis and progression, but there is no convincing evidence showing that fructose could directly promote breast cancer development.
最近の研究で、過剰な果糖消費と乳癌発生と進行の間に密接な相関が明らかになったが
果糖が直接乳癌発症を促進する可能性がある説得力のあるエビデンスはない
Herein, we found that fructose, not amino acids, could functionally replace glucose to support proliferation of breast cancer cells.
ここで我々は、アミノ酸ではなく果糖が、乳癌細胞の増殖を維持するブドウ糖と
機能的に置き換わる可能性があることを見出した
Fructose endowed breast cancer cells with the colony formation ability and migratory capacity as effective as glucose.
果糖はブドウ糖と同じくらい有効に、乳癌細胞にコロニー形成能と転移能を供給する
Interestingly, although fructose was readily used by breast cancer cells, it failed to restore proliferation of non-tumor cells in the absence of glucose.
興味深いことに、乳癌細胞は果糖を容易に使用し、
非癌細胞は、ブドウ糖がなければ分裂増殖して再建することができない
These results suggest that fructose could be relatively selectively employed by breast cancer cells.
これらの結果は果糖が乳癌細胞によって相対的に、選択的に、利用された可能性を示唆する
Indeed, we observed that a main transporter of fructose, GLUT5, was highly expressed in breast cancer cells and tumor tissues but not in their normal counterparts.
実際、果糖の主要なトランスポーター、GLUT5は、
それらの正常対照部位ではみられないが乳癌細胞と癌組織で高度に発現しているのが観測された
Furthermore, we demonstrated that the fructose diet promoted metastasis of 4T1 cells in the mouse models.
さらにその上我々は、果糖食がマウスモデルの、マウス乳癌細胞株4T1細胞の転移を促進することを証明した
Taken together, our data show that fructose can be used by breast cancer cells specifically in glucose-deficiency, and suggest that the high-fructose diet could accelerate the progress of breast cancer in vivo.
それと共に我々の結果は、ブドウ糖欠乏状態で、果糖が乳癌細胞に特異的に使用されうることを見いだし、それは、生体で、高果糖食が乳癌進行を促進する可能性があることを示唆する
････････････
Introduction 序説
Breast cancer is most common in women both in the developed and the developing world(Torre et al.,2015).
乳癌は先進国と発展途上国の両方で女性に最も頻度が高い
(Torreら.,2015).
[Global cancer statistics,2012.世界の癌統計,2012
Torre et al.,2015]
The American Cancer Society's estimates showed that about 246,660 new cases would be diagnosed in the United States women in 2016, and about one in eight(12%) women would develop invasive breast cancer during their lifetime(Harbeck,2013).
米国腫瘍学会は2016年米国の女性において、新規患者は約246,660人で、一生の間に浸潤性乳癌が発症する女性が、8人に約1人(12%)になるだろうと見積った(Harbeck,2013).
[American Society of Clinical Oncology highlights 2013:breast cancer and gynecological malignancies
米国臨床腫瘍学会要点2013:乳癌と婦人科悪性腫瘍
Harbeck,2013]
Several risk factors for breast cancer have been well documented, and diet is one of the most important contributors, especially in the developed countries (Alegre et al.,2013)
乳癌のいくつかのリスク因子はよく報告されていて、とりわけ先進国で、食事は最も重要な貢献因子の1つだ (Alegre ら,2013)
[Mechanics behind breast cancer prevention- Focus on obesity, exercise and dietary fat.
乳癌予防の背後の力-肥満、運動、食事の脂肪に焦点をあてる Alegre et al.,2013]
Thus,good eating habit could eventually have a significant impact in reducing the breast cancer incidence and progression.
このように、良い食習慣は結局は、有意に、乳癌の発症率と進行を減らす影響がある
Cancer cells have characteristics of active proliferation and vigorous growth, so they often process metabolic abnormalities and metabolic reprogramming to adapt to their rapid proliferation
(Agnihotri & Zadeh, 2016;
Beloribi-Djefaflia,Vasseur&Guillaumond,2016).
癌細胞は活発な増殖と活発な成長の特性を持ち、しばしば
彼らの速い増殖に適応するため代謝異常と代謝再プログラミングの進行をする
Agnihotri & Zadeh, 2016;
Beloribi-Djefaflia,Vasseur&Guillaumond,2016).
･････････････････
[Metabolic reprogramming in glioblastoma:the influence of cancer metabolism on epigenetics and unanswered questions
神経膠芽腫の代謝再編成:エピジェネティクスにおいての癌代謝の影響と未回答の問題 Agnihotri & Zadeh, 2016]
[Lipid metabolic reprogramming in cancer cells
癌細胞における脂質代謝再編成
Beloribi-Djefaflia,Vasseur&Guillaumond,2016
(Lipid reprogramming in tumors.
癌の脂質再編成
Lipid alterations identified from tumor-specific gene expression profiling
癌特異的遺伝子発現プロファイルから検出された脂質変更
Lipid alterations identified from tumor-specific lipid profiling
癌特異的脂質プロファイルから検出された脂質変更
Lipid rafts in cancer cell signaling癌細胞の脂質ラフトのシグナル伝達
Increased lipid rafts in tumors腫瘍の脂質ラフトの増加)]
(脂質ラフト:スフィンゴ脂質とコレステロールに富む細胞膜上の部分構造)
･････････････････
Cancer cells are prone to perform active glycolysis and generate large amounts of lactic acid even in oxygen sufficient conditions, which is the Warburg effect
(Liberti&Locasale,2016; Schwartz,Supuran&Alfarouk,2017; Xu et al.,2015).
癌細胞は活発に解糖作用を行い、酸素が十分な条件下でさえ、大量の乳酸を生成するワールブルグ効果(好気的解糖)を行う傾向がある(Liberti&Locasale,2016; Schwartz,Supuran&Alfarouk,2017; Xu et al.,2015).
The rapid proliferation and Warburg effect make cancer cells consume plenty of glucose, which leads to a low glucose micro-environment around cancer cells(Xu et al.,2015).
速い増殖とワールブルグ効果で癌細胞は貪欲にブドウ糖を消費し、癌微小環境の低ブドウ糖を起こす(Xu et al.,2015).
To survive in micro-environment of glucose insufficiency, cancer cells could utilize other nutrients to substitute for glucose to promote their growth(Scharping&Delgoffe,2016).
微小環境の低ブドウ糖で生存するために癌細胞は
自分達の成長を促進するためにブドウ糖の代わりになる他の栄養を利用する(Scharping&Delgoffe,2016).
------------
As the second largest sugar ingested in the human body, fructose is an important source of fuel in the diet especially in western diet, and fructose constitutes more than 40% of sweetener consumption in western countries, in which high-fructose corn syrup consumption increased by more than 1,000% between 1970 and1990 (Bray,Nielsen & Popkin,2004).
ヒトの身体に摂取される二番目に多い糖として、果糖は
西側諸国で甘味料消費量の40%以上を占め、そのうち、
高果糖コーンシロップ消費量は1970年から1990年の間に1,000%以上も増加した(Bray,Nielsen & Popkin,2004)
[Consumption of high-fructose corn syrup in beverages may play a role in the epidemic of obesity.
飲料水における高果糖コーンシロップ消費が肥満の蔓延に関与している可能性がある
The American journal of clinical nutrition 79(4), 537-543,2004]
In addition, fructose has the highest sweetness among all natural sugars, and its sweetness is about 1.8 times that of sucrose(Das,2015).
加えて、果糖は、全天然糖の中で最も高い甘味があり
その甘味はショ糖の約1.8倍だ(Das,2015)
It is important to note that, fructose is actually more easily metabolized than glucose, because it bypasses the rate-limiting enzyme of the glycolytic pathway, and its metabolism is not controlled by insulin(Samuel,2011).
注目すべき重要なことは果糖は、解糖系の律速段階酵素を迂回し代謝がインスリンで制御されないため、果糖はブドウ糖よりも活発に容易に代謝されることだ(Samuel,2011).
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Recent epidemiological studies have revealed a correlation between excessive fructose consumption and tumor genesis and progression.
最近の疫学研究は過剰な果糖消費と癌の発生と進行の相関関係を明らかにしている
･････････････
[The role of fructose in metabolism and cancer.
代謝と癌における果糖の影響
Charrez,Qiao&Hebbard,2015]
Abstract抄録
Fructose consumption has dramatically increased in the last 30 years.
果糖の消費は過去30年間で劇的に増加した
The principal from has been in the form of high-fructose corn syrup found in soft drinks and processed food.
消費の主な形は清涼飲料水と加工食品でみられる高果糖コーンシロップからだ
The effect of excessive fructose consumption on human health is only beginning to be understood.
ヒトの健康に対する過剰な果糖の影響はやっとわかってきたばかりだ
Fructose has been confirmed to induce several obesity-related complications associated with the metabolic syndrome.
果糖はメタボリックシンドロームと関係があるいくつかの肥満関連合併症を誘発すると
確認されている
Here we present an overview of fructose metabolism and how it contrasts with that of glucose.
本稿では果糖代謝の概要と、果糖のブドウ糖との対比を示している
In addition, we examine how excessive fructose consumption can affect de novo lipogenesis, insulin resistance, inflammation, and reactive oxygen species production.
加えて果糖過剰消費があらためて脂質生成、インスリン抵抗性、炎症、活性酸素種産生にどのように影響するか調べた
Fructose can also induce a change in the gut permeability and promote the release of inflammatory factors to the liver, which has potential implications in increasing hepatic inflammation.
果糖はまた腸管透過性の変化を誘発し、肝へ炎症因子放出を促進し、肝臓の炎症の増加への関与の可能性がある
Moreover, fructose has been associated with colon, pancreas, and liver cancers, and we shall discuss the evidence for the these observations.
さらにその上、果糖は大腸、膵臓、肝臓癌と関係があり私達はこれらの観測のエビデンスを検討するべきだろう
Taken together, data suggest that sustained fructose consumption should be curtailed as it is detrimental to long-term human health.
同時に、データは、長期間の果糖消費は、長期的なヒトの健康に有害であるとして削減されるべきであることを示唆する
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[Refined fructose and cancer. 精製果糖と癌
Liu & Heaney,2011]
[Fructose induces transketolase flux to promote pancreatic cancer growth.果糖はトランスケトラーゼを誘発し膵臓癌増殖を促進するLiu et al.,2010]
High fructose intake was associated with an increased risk of pancreatic cancer, and increased the degree of malignancy of pancreatic cancer
高い果糖摂取量は膵臓癌リスクの増加、膵臓癌の悪性度の増加と関係がある
[Elevation of β-galactoside α2,6-sialyltransferase 1 in a fructoseresponsive manner promotes pancreatic cancer metastasis.果糖応答方式のβガラクトシドα2,6シアル酸転移酵素1の上昇は膵臓癌転移を促進する Hsieh et al.,2017]
Acute myeloid leukemia(AML) cells could use transporter GLUT5 to enhance fructose intake when glucose was deficiency.(Chen et al.,2016).
急性骨髄性白血病(AML)細胞は、ブドウ糖欠乏の時は、果糖摂取を増強するため、トランスポーターGLUT5を使うことができた(Chenら.,2016).
Cancer cell lines, such as Panc-1,HPAF,Capan,HCT114 and HepG2, all could grow well at equivalent rates in fructose-containg media even though no glucose was available.
(Liu&Heaney).
Panc-1,HPAF,Capan,HCT114,HepG2, のような癌細胞株系統は全て、利用できるブドウ糖がない場合でさえ、果糖含有培地で、同じ割合でよく成長することができた
In human breast cancer cell line MDA-MB 468, fructose could accelerate cellular migration and invasion.(Monzavi-Karbassi et al.,2010).
ヒト乳癌細胞株系統MDA-MB 468では果糖は細胞の転移と浸潤を促進することができた(Monzavi-Karbassiら.,2010).
[Fructose as a carbon source induces an aggressive phenotype in MDA-MB-468 breast tumor cells.
炭素源としての果糖は、MDA-MB-468乳癌細胞において
悪性表現型を誘発する Monzavi-Karbassi et al.,2010]
In addition, MCF7 and MDA-MB-468 could take up more of fructose compared to the normal MCF10A cell line in glucose-deficiency medium(Gowrishanker et al.,2011).
加えてMCF7とMDA-MB-468は、ブドウ糖欠乏培地の正常MCF10A細胞系統と比較してより多くを吸収することができた(Gowrishankerら,2011)
However, there is no convincing evidence showing that fructose could directly promote breast cancer development and progression.
しかしながら果糖が直接乳癌の発生と進行を促進する
可能性を示した説得力のあるエビデンスはない
In this study, the in vitro and in vivo roles of fructose in breast cancers were investigated.
本研究では、培養実験と生体において、乳癌における
果糖の役割を調べた
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Materials and Methods 材料と方法
Cell culture 細胞培養
All cell lines were obtained from ATCC.
全細胞系統はAmerican Type Culture Collection米国培養細胞系統保存機関から得た
MCF-7,MAD-MB-231, HeLa, HBL-100 and 3T3 cells were maintained in DMEM, and 4T1 and A549 cells were maintained in 1640, supplemented with 10% fetal bovine serum(Hyclone,USA) and 50 IU penicillin/streptomycin (Invitrogen,USA).
MCF-7,MAD-MB-231, HeLa, HBL-100 3T3 細胞は
ダルベッコ改変イーグル培地で維持し
4T1とA549細胞は10%ウシ胎児血清(ハイクローン,米国)
と50IUペニシリン/ストレプトマイシン(Invitrogen,米国)を補充した1640培地で維持した
MCF-10A cells were cultured in DMEM/F12 medium containing 10% horse serum, 20 ng/mL EGF,
0.5mg/mL hydrocortisone, 100ng/mL cholera toxin, 10μg/mL insulin and 50IU penicillin/streptomycin.
MCF-10A細胞は、10%ウマ血清、20ng/mLの上皮細胞成長因子、0.5mg/mLヒドロコルチゾール、100ng/mLコレラ毒素、10μg/mLインスリン、50IUペニシリン/ストレプトマイシンを含有したDMEM/F12培地で培養した
All cells were cultured inside an incubator containing 5% CO2 at 37℃.
全細胞は37℃で5% CO2を含む培養器の中で培養した
In addition, glucose-free DMEM were obtained from Gibco, and fructose was obtained from Sigma.
加えてブドウ糖を含まないDMEM培地はGibcoから、果糖はSigmaから得た
Considering minute quantity of glucose and fructose in media, the medium of glucose-free DMEM was glucose-free DMEM adding normal FCS in cell glucose-deficiency experiments, and substitutive nutrients, such as amino acids and fructose, were added to glucose-free DMEM.
培地のブドウ糖と果糖の分量を考慮し
ブドウ糖を含まないDMEM培地の方法は、
細胞ブドウ糖欠乏実験に正常のFCS(ウシ胎児血清)を加えた、ブドウ糖を含まないDMEM培地で、
アミノ酸と果糖のような代替栄養が、ブドウ糖を含まないDMEM培地に加えられた
Plasmid construction
プラスミドの構築
In this study, GLUT5 and KHK were down-regulated by shRNA, and pLKO.1-puro RNAi was used to construct shRNA.
本研究では、GLUT5とKHK(ケトヘキソキナーゼ)はshRNAによって発現減少されていて、pLKO.1-puro RNAiがshRNA構築に使われた
(small hairpinRNA: プラスミドから転写された後、ヘアピン構造を形成し、プロセシングを受けて、short interference RNA(siRNA)となる。siRNAはRNA干渉(二本鎖RNAと相補的な塩基配列をもつmRNAが分解される現象)によって遺伝子発現を抑制する)
In order to obtain more accurate results, two efficient shRNA were used in this study.
本研究では、より正確な結果を得るために、2つの効率的なshRNAを使った
The shRNA sequences were as follows: shScr (Scramble shRNA): CCTAAGGTTAAGTCG CCCTCG; shKHK-1 (Human): CAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTT GTGCTCCTCTATCCGCTGC; shKHK-2 (Human): CATCATCAATGTGGTGG ACAACTCGAGTTGTCCACCACATTGATGATG; shmKHK-1 (Mouse): GCAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTTGTGCTCCTCTATCCGCTGC; shmKHK-2 (Mouse):CATCATCAATGTGGTGGACAACTCGAGTTGTCCACC ACATTGATGATG; shGLUT5-1 (Human): CCAATCGTTTGAGCTAATAACTC GAGTTATTAGCTCAAACGATTGGG; shGLUT5-2 (Human):TGTGAAGTGTT GTGTGTAACTCGAGTTACACACAACACTTCACAGC; shmGLUT5-1 (Mouse): CCTGCTGTTCAACAACATATTCTCGAGAATATGTTGTTGAACAGCAGG; shmGLUT5-2 (Mouse):CCCAATCGTTTGAGCTAATAACTCGAGTTATTAGC TCAAACGATTGGG.
shRNAの塩基配列分析は次の通りだ
shScr (スクランブル shRNA): CCTAAGGTTAAGTCG CCCTCG;
shKHK-1 (Human): CAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTT GTGCTCCTCTATCCGCTGC;
shKHK-2 (Human): CATCATCAATGTGGTGG ACAACTCGAGTTGTCCACCACATTGATGATG;
shmKHK-1 (Mouse): GCAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTTGTGCTCCTCTATCCGCTGC;
shmKHK-2 (Mouse):CATCATCAATGTGGTGGACAACTCGAGTTGTCCACC ACATTGATGATG;
shGLUT5-1 (Human): CCAATCGTTTGAGCTAATAACTC GAGTTATTAGCTCAAACGATTGGG;
shGLUT5-2 (Human):TGTGAAGTGTT GTGTGTAACTCGAGTTACACACAACACTTCACAGC;
shmGLUT5-1 (Mouse): CCTGCTGTTCAACAACATATTCTCGAGAATATGTTGTTGAACAGCAGG;
shmGLUT5-2
(Mouse):CCCAATCGTTTGAGCTAATAACTCGAGTTATTAGC TCAAACGATTGGG.
Lentivirus production レンチウィルスベクター作製
Viral packaging was done next.
ウィルスパッケージングを次に行った
Briefly, plasmids shKHK and shGLUT5 were transfected into 293T cells through the calcium phosphate method.
簡単に、プラスミドのshKHKとshGLUT5を
リン酸カルシウム法を通して293T細胞へトランスフェクト(形質移入)した
First,mixed calcium phosphate and plasmid into transfection medium on 293T cells for 5 h then replaced with fresh complete medium, and then medium was collected after transfection 48 h.
カルシウムリン酸とプラスミドの混合を293T細胞への形質転換培地で5時間、その後、新しい完全な培地に交換し
形質転換48時間後、培地を収集した
Cancer cells were infected with the viruses,and then selected with puromycin.
癌細胞はウィルスに感染しその後ピュロマイシンで選別された
Western blot ウエスタンブロット法
After treatments as specified in the above, cells were washed twice with PBS and lysed in buffer(20 mM Tris-HCL, pH 7.5, 1mM EDTA, 150mM NaCL, 2.5mM sodium pyrophosphate, 1% Triton X-100, 1mM sodium vanadate, 1mM β-glycerophosphate, 1mM phenylmethyl-sulfonylfluoride and 1mg/mL leupeptin).
上記に指定したような治療の後、細胞はPBSで二度洗われ、緩衡液(20 mM トリス塩酸バッファー pH 7.5, 1mM EDTA, 150mM NaCL, 2.5mMピロリン酸ナトリウム, 1% トリトンX-100, 1mM バナジン酸ナトリウム, 1mM βグリセロリン酸, 1mMフッ化フェニルメチルスルホニルと1mg/mLロイペプチン)に溶解された
果糖利用の増加は乳癌発症に正の作用がある
PeerJ. 2017 Sep 27;5:
Abstract抄録
Rapid proliferation and Warburg effect make cancer cells consume plenty of glucose,which induces a low glucose micro-environment within the tumor.
癌細胞は、急速な増殖とワールブルグ効果(好気的解糖)で、多くのブドウ糖を消費し、それは癌微小環境の低血糖を誘発する
Up to date, how cancer cells keep proliferating in the condition of glucose insufficiency still remains to be explored.
今までのところ、癌細胞がブドウ糖欠乏の状態でどのように増殖し続けるのかまだ調べられていない
Recent studies have revealed a close correlation between excessive fructose consumption and breast cancer genesis and progression, but there is no convincing evidence showing that fructose could directly promote breast cancer development.
最近の研究で、過剰な果糖消費と乳癌発生と進行の間に密接な相関が明らかになったが
果糖が直接乳癌発症を促進する可能性がある説得力のあるエビデンスはない
Herein, we found that fructose, not amino acids, could functionally replace glucose to support proliferation of breast cancer cells.
ここで我々は、アミノ酸ではなく果糖が、乳癌細胞の増殖を維持するブドウ糖と
機能的に置き換わる可能性があることを見出した
Fructose endowed breast cancer cells with the colony formation ability and migratory capacity as effective as glucose.
果糖はブドウ糖と同じくらい有効に、乳癌細胞にコロニー形成能と転移能を供給する
Interestingly, although fructose was readily used by breast cancer cells, it failed to restore proliferation of non-tumor cells in the absence of glucose.
興味深いことに、乳癌細胞は果糖を容易に使用し、
非癌細胞は、ブドウ糖がなければ分裂増殖して再建することができない
These results suggest that fructose could be relatively selectively employed by breast cancer cells.
これらの結果は果糖が乳癌細胞によって相対的に、選択的に、利用された可能性を示唆する
Indeed, we observed that a main transporter of fructose, GLUT5, was highly expressed in breast cancer cells and tumor tissues but not in their normal counterparts.
実際、果糖の主要なトランスポーター、GLUT5は、
それらの正常対照部位ではみられないが乳癌細胞と癌組織で高度に発現しているのが観測された
Furthermore, we demonstrated that the fructose diet promoted metastasis of 4T1 cells in the mouse models.
さらにその上我々は、果糖食がマウスモデルの、マウス乳癌細胞株4T1細胞の転移を促進することを証明した
Taken together, our data show that fructose can be used by breast cancer cells specifically in glucose-deficiency, and suggest that the high-fructose diet could accelerate the progress of breast cancer in vivo.
それと共に我々の結果は、ブドウ糖欠乏状態で、果糖が乳癌細胞に特異的に使用されうることを見いだし、それは、生体で、高果糖食が乳癌進行を促進する可能性があることを示唆する
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Introduction 序説
Breast cancer is most common in women both in the developed and the developing world(Torre et al.,2015).
乳癌は先進国と発展途上国の両方で女性に最も頻度が高い
(Torreら.,2015).
[Global cancer statistics,2012.世界の癌統計,2012
Torre et al.,2015]
The American Cancer Society's estimates showed that about 246,660 new cases would be diagnosed in the United States women in 2016, and about one in eight(12%) women would develop invasive breast cancer during their lifetime(Harbeck,2013).
米国腫瘍学会は2016年米国の女性において、新規患者は約246,660人で、一生の間に浸潤性乳癌が発症する女性が、8人に約1人(12%)になるだろうと見積った(Harbeck,2013).
[American Society of Clinical Oncology highlights 2013:breast cancer and gynecological malignancies
米国臨床腫瘍学会要点2013:乳癌と婦人科悪性腫瘍
Harbeck,2013]
Several risk factors for breast cancer have been well documented, and diet is one of the most important contributors, especially in the developed countries (Alegre et al.,2013)
乳癌のいくつかのリスク因子はよく報告されていて、とりわけ先進国で、食事は最も重要な貢献因子の1つだ (Alegre ら,2013)
[Mechanics behind breast cancer prevention- Focus on obesity, exercise and dietary fat.
乳癌予防の背後の力-肥満、運動、食事の脂肪に焦点をあてる Alegre et al.,2013]
Thus,good eating habit could eventually have a significant impact in reducing the breast cancer incidence and progression.
このように、良い食習慣は結局は、有意に、乳癌の発症率と進行を減らす影響がある
Cancer cells have characteristics of active proliferation and vigorous growth, so they often process metabolic abnormalities and metabolic reprogramming to adapt to their rapid proliferation
(Agnihotri & Zadeh, 2016;
Beloribi-Djefaflia,Vasseur&Guillaumond,2016).
癌細胞は活発な増殖と活発な成長の特性を持ち、しばしば
彼らの速い増殖に適応するため代謝異常と代謝再プログラミングの進行をする
Agnihotri & Zadeh, 2016;
Beloribi-Djefaflia,Vasseur&Guillaumond,2016).
･････････････････
[Metabolic reprogramming in glioblastoma:the influence of cancer metabolism on epigenetics and unanswered questions
神経膠芽腫の代謝再編成:エピジェネティクスにおいての癌代謝の影響と未回答の問題 Agnihotri & Zadeh, 2016]
[Lipid metabolic reprogramming in cancer cells
癌細胞における脂質代謝再編成
Beloribi-Djefaflia,Vasseur&Guillaumond,2016
(Lipid reprogramming in tumors.
癌の脂質再編成
Lipid alterations identified from tumor-specific gene expression profiling
癌特異的遺伝子発現プロファイルから検出された脂質変更
Lipid alterations identified from tumor-specific lipid profiling
癌特異的脂質プロファイルから検出された脂質変更
Lipid rafts in cancer cell signaling癌細胞の脂質ラフトのシグナル伝達
Increased lipid rafts in tumors腫瘍の脂質ラフトの増加)]
(脂質ラフト:スフィンゴ脂質とコレステロールに富む細胞膜上の部分構造)
･････････････････
Cancer cells are prone to perform active glycolysis and generate large amounts of lactic acid even in oxygen sufficient conditions, which is the Warburg effect
(Liberti&Locasale,2016; Schwartz,Supuran&Alfarouk,2017; Xu et al.,2015).
癌細胞は活発に解糖作用を行い、酸素が十分な条件下でさえ、大量の乳酸を生成するワールブルグ効果(好気的解糖)を行う傾向がある(Liberti&Locasale,2016; Schwartz,Supuran&Alfarouk,2017; Xu et al.,2015).
The rapid proliferation and Warburg effect make cancer cells consume plenty of glucose, which leads to a low glucose micro-environment around cancer cells(Xu et al.,2015).
速い増殖とワールブルグ効果で癌細胞は貪欲にブドウ糖を消費し、癌微小環境の低ブドウ糖を起こす(Xu et al.,2015).
To survive in micro-environment of glucose insufficiency, cancer cells could utilize other nutrients to substitute for glucose to promote their growth(Scharping&Delgoffe,2016).
微小環境の低ブドウ糖で生存するために癌細胞は
自分達の成長を促進するためにブドウ糖の代わりになる他の栄養を利用する(Scharping&Delgoffe,2016).
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As the second largest sugar ingested in the human body, fructose is an important source of fuel in the diet especially in western diet, and fructose constitutes more than 40% of sweetener consumption in western countries, in which high-fructose corn syrup consumption increased by more than 1,000% between 1970 and1990 (Bray,Nielsen & Popkin,2004).
ヒトの身体に摂取される二番目に多い糖として、果糖は
西側諸国で甘味料消費量の40%以上を占め、そのうち、
高果糖コーンシロップ消費量は1970年から1990年の間に1,000%以上も増加した(Bray,Nielsen & Popkin,2004)
[Consumption of high-fructose corn syrup in beverages may play a role in the epidemic of obesity.
飲料水における高果糖コーンシロップ消費が肥満の蔓延に関与している可能性がある
The American journal of clinical nutrition 79(4), 537-543,2004]
In addition, fructose has the highest sweetness among all natural sugars, and its sweetness is about 1.8 times that of sucrose(Das,2015).
加えて、果糖は、全天然糖の中で最も高い甘味があり
その甘味はショ糖の約1.8倍だ(Das,2015)
It is important to note that, fructose is actually more easily metabolized than glucose, because it bypasses the rate-limiting enzyme of the glycolytic pathway, and its metabolism is not controlled by insulin(Samuel,2011).
注目すべき重要なことは果糖は、解糖系の律速段階酵素を迂回し代謝がインスリンで制御されないため、果糖はブドウ糖よりも活発に容易に代謝されることだ(Samuel,2011).
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Recent epidemiological studies have revealed a correlation between excessive fructose consumption and tumor genesis and progression.
最近の疫学研究は過剰な果糖消費と癌の発生と進行の相関関係を明らかにしている
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[The role of fructose in metabolism and cancer.
代謝と癌における果糖の影響
Charrez,Qiao&Hebbard,2015]
Abstract抄録
Fructose consumption has dramatically increased in the last 30 years.
果糖の消費は過去30年間で劇的に増加した
The principal from has been in the form of high-fructose corn syrup found in soft drinks and processed food.
消費の主な形は清涼飲料水と加工食品でみられる高果糖コーンシロップからだ
The effect of excessive fructose consumption on human health is only beginning to be understood.
ヒトの健康に対する過剰な果糖の影響はやっとわかってきたばかりだ
Fructose has been confirmed to induce several obesity-related complications associated with the metabolic syndrome.
果糖はメタボリックシンドロームと関係があるいくつかの肥満関連合併症を誘発すると
確認されている
Here we present an overview of fructose metabolism and how it contrasts with that of glucose.
本稿では果糖代謝の概要と、果糖のブドウ糖との対比を示している
In addition, we examine how excessive fructose consumption can affect de novo lipogenesis, insulin resistance, inflammation, and reactive oxygen species production.
加えて果糖過剰消費があらためて脂質生成、インスリン抵抗性、炎症、活性酸素種産生にどのように影響するか調べた
Fructose can also induce a change in the gut permeability and promote the release of inflammatory factors to the liver, which has potential implications in increasing hepatic inflammation.
果糖はまた腸管透過性の変化を誘発し、肝へ炎症因子放出を促進し、肝臓の炎症の増加への関与の可能性がある
Moreover, fructose has been associated with colon, pancreas, and liver cancers, and we shall discuss the evidence for the these observations.
さらにその上、果糖は大腸、膵臓、肝臓癌と関係があり私達はこれらの観測のエビデンスを検討するべきだろう
Taken together, data suggest that sustained fructose consumption should be curtailed as it is detrimental to long-term human health.
同時に、データは、長期間の果糖消費は、長期的なヒトの健康に有害であるとして削減されるべきであることを示唆する
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[Refined fructose and cancer. 精製果糖と癌
Liu & Heaney,2011]
[Fructose induces transketolase flux to promote pancreatic cancer growth.果糖はトランスケトラーゼを誘発し膵臓癌増殖を促進するLiu et al.,2010]
High fructose intake was associated with an increased risk of pancreatic cancer, and increased the degree of malignancy of pancreatic cancer
高い果糖摂取量は膵臓癌リスクの増加、膵臓癌の悪性度の増加と関係がある
[Elevation of β-galactoside α2,6-sialyltransferase 1 in a fructoseresponsive manner promotes pancreatic cancer metastasis.果糖応答方式のβガラクトシドα2,6シアル酸転移酵素1の上昇は膵臓癌転移を促進する Hsieh et al.,2017]
Acute myeloid leukemia(AML) cells could use transporter GLUT5 to enhance fructose intake when glucose was deficiency.(Chen et al.,2016).
急性骨髄性白血病(AML)細胞は、ブドウ糖欠乏の時は、果糖摂取を増強するため、トランスポーターGLUT5を使うことができた(Chenら.,2016).
Cancer cell lines, such as Panc-1,HPAF,Capan,HCT114 and HepG2, all could grow well at equivalent rates in fructose-containg media even though no glucose was available.
(Liu&Heaney).
Panc-1,HPAF,Capan,HCT114,HepG2, のような癌細胞株系統は全て、利用できるブドウ糖がない場合でさえ、果糖含有培地で、同じ割合でよく成長することができた
In human breast cancer cell line MDA-MB 468, fructose could accelerate cellular migration and invasion.(Monzavi-Karbassi et al.,2010).
ヒト乳癌細胞株系統MDA-MB 468では果糖は細胞の転移と浸潤を促進することができた(Monzavi-Karbassiら.,2010).
[Fructose as a carbon source induces an aggressive phenotype in MDA-MB-468 breast tumor cells.
炭素源としての果糖は、MDA-MB-468乳癌細胞において
悪性表現型を誘発する Monzavi-Karbassi et al.,2010]
In addition, MCF7 and MDA-MB-468 could take up more of fructose compared to the normal MCF10A cell line in glucose-deficiency medium(Gowrishanker et al.,2011).
加えてMCF7とMDA-MB-468は、ブドウ糖欠乏培地の正常MCF10A細胞系統と比較してより多くを吸収することができた(Gowrishankerら,2011)
However, there is no convincing evidence showing that fructose could directly promote breast cancer development and progression.
しかしながら果糖が直接乳癌の発生と進行を促進する
可能性を示した説得力のあるエビデンスはない
In this study, the in vitro and in vivo roles of fructose in breast cancers were investigated.
本研究では、培養実験と生体において、乳癌における
果糖の役割を調べた
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Materials and Methods 材料と方法
Cell culture 細胞培養
All cell lines were obtained from ATCC.
全細胞系統はAmerican Type Culture Collection米国培養細胞系統保存機関から得た
MCF-7,MAD-MB-231, HeLa, HBL-100 and 3T3 cells were maintained in DMEM, and 4T1 and A549 cells were maintained in 1640, supplemented with 10% fetal bovine serum(Hyclone,USA) and 50 IU penicillin/streptomycin (Invitrogen,USA).
MCF-7,MAD-MB-231, HeLa, HBL-100 3T3 細胞は
ダルベッコ改変イーグル培地で維持し
4T1とA549細胞は10%ウシ胎児血清(ハイクローン,米国)
と50IUペニシリン/ストレプトマイシン(Invitrogen,米国)を補充した1640培地で維持した
MCF-10A cells were cultured in DMEM/F12 medium containing 10% horse serum, 20 ng/mL EGF,
0.5mg/mL hydrocortisone, 100ng/mL cholera toxin, 10μg/mL insulin and 50IU penicillin/streptomycin.
MCF-10A細胞は、10%ウマ血清、20ng/mLの上皮細胞成長因子、0.5mg/mLヒドロコルチゾール、100ng/mLコレラ毒素、10μg/mLインスリン、50IUペニシリン/ストレプトマイシンを含有したDMEM/F12培地で培養した
All cells were cultured inside an incubator containing 5% CO2 at 37℃.
全細胞は37℃で5% CO2を含む培養器の中で培養した
In addition, glucose-free DMEM were obtained from Gibco, and fructose was obtained from Sigma.
加えてブドウ糖を含まないDMEM培地はGibcoから、果糖はSigmaから得た
Considering minute quantity of glucose and fructose in media, the medium of glucose-free DMEM was glucose-free DMEM adding normal FCS in cell glucose-deficiency experiments, and substitutive nutrients, such as amino acids and fructose, were added to glucose-free DMEM.
培地のブドウ糖と果糖の分量を考慮し
ブドウ糖を含まないDMEM培地の方法は、
細胞ブドウ糖欠乏実験に正常のFCS(ウシ胎児血清)を加えた、ブドウ糖を含まないDMEM培地で、
アミノ酸と果糖のような代替栄養が、ブドウ糖を含まないDMEM培地に加えられた
Plasmid construction
プラスミドの構築
In this study, GLUT5 and KHK were down-regulated by shRNA, and pLKO.1-puro RNAi was used to construct shRNA.
本研究では、GLUT5とKHK(ケトヘキソキナーゼ)はshRNAによって発現減少されていて、pLKO.1-puro RNAiがshRNA構築に使われた
(small hairpinRNA: プラスミドから転写された後、ヘアピン構造を形成し、プロセシングを受けて、short interference RNA(siRNA)となる。siRNAはRNA干渉(二本鎖RNAと相補的な塩基配列をもつmRNAが分解される現象)によって遺伝子発現を抑制する)
In order to obtain more accurate results, two efficient shRNA were used in this study.
本研究では、より正確な結果を得るために、2つの効率的なshRNAを使った
The shRNA sequences were as follows: shScr (Scramble shRNA): CCTAAGGTTAAGTCG CCCTCG; shKHK-1 (Human): CAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTT GTGCTCCTCTATCCGCTGC; shKHK-2 (Human): CATCATCAATGTGGTGG ACAACTCGAGTTGTCCACCACATTGATGATG; shmKHK-1 (Mouse): GCAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTTGTGCTCCTCTATCCGCTGC; shmKHK-2 (Mouse):CATCATCAATGTGGTGGACAACTCGAGTTGTCCACC ACATTGATGATG; shGLUT5-1 (Human): CCAATCGTTTGAGCTAATAACTC GAGTTATTAGCTCAAACGATTGGG; shGLUT5-2 (Human):TGTGAAGTGTT GTGTGTAACTCGAGTTACACACAACACTTCACAGC; shmGLUT5-1 (Mouse): CCTGCTGTTCAACAACATATTCTCGAGAATATGTTGTTGAACAGCAGG; shmGLUT5-2 (Mouse):CCCAATCGTTTGAGCTAATAACTCGAGTTATTAGC TCAAACGATTGGG.
shRNAの塩基配列分析は次の通りだ
shScr (スクランブル shRNA): CCTAAGGTTAAGTCG CCCTCG;
shKHK-1 (Human): CAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTT GTGCTCCTCTATCCGCTGC;
shKHK-2 (Human): CATCATCAATGTGGTGG ACAACTCGAGTTGTCCACCACATTGATGATG;
shmKHK-1 (Mouse): GCAGCGGATAGAGGAGCACAACTCGAGTTGTGCTCCTCTATCCGCTGC;
shmKHK-2 (Mouse):CATCATCAATGTGGTGGACAACTCGAGTTGTCCACC ACATTGATGATG;
shGLUT5-1 (Human): CCAATCGTTTGAGCTAATAACTC GAGTTATTAGCTCAAACGATTGGG;
shGLUT5-2 (Human):TGTGAAGTGTT GTGTGTAACTCGAGTTACACACAACACTTCACAGC;
shmGLUT5-1 (Mouse): CCTGCTGTTCAACAACATATTCTCGAGAATATGTTGTTGAACAGCAGG;
shmGLUT5-2
(Mouse):CCCAATCGTTTGAGCTAATAACTCGAGTTATTAGC TCAAACGATTGGG.
Lentivirus production レンチウィルスベクター作製
Viral packaging was done next.
ウィルスパッケージングを次に行った
Briefly, plasmids shKHK and shGLUT5 were transfected into 293T cells through the calcium phosphate method.
簡単に、プラスミドのshKHKとshGLUT5を
リン酸カルシウム法を通して293T細胞へトランスフェクト(形質移入)した
First,mixed calcium phosphate and plasmid into transfection medium on 293T cells for 5 h then replaced with fresh complete medium, and then medium was collected after transfection 48 h.
カルシウムリン酸とプラスミドの混合を293T細胞への形質転換培地で5時間、その後、新しい完全な培地に交換し
形質転換48時間後、培地を収集した
Cancer cells were infected with the viruses,and then selected with puromycin.
癌細胞はウィルスに感染しその後ピュロマイシンで選別された
Western blot ウエスタンブロット法
After treatments as specified in the above, cells were washed twice with PBS and lysed in buffer(20 mM Tris-HCL, pH 7.5, 1mM EDTA, 150mM NaCL, 2.5mM sodium pyrophosphate, 1% Triton X-100, 1mM sodium vanadate, 1mM β-glycerophosphate, 1mM phenylmethyl-sulfonylfluoride and 1mg/mL leupeptin).
上記に指定したような治療の後、細胞はPBSで二度洗われ、緩衡液(20 mM トリス塩酸バッファー pH 7.5, 1mM EDTA, 150mM NaCL, 2.5mMピロリン酸ナトリウム, 1% トリトンX-100, 1mM バナジン酸ナトリウム, 1mM βグリセロリン酸, 1mMフッ化フェニルメチルスルホニルと1mg/mLロイペプチン)に溶解された