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N-Glycolyl-GM₃　異種シアル酸を有するがんバイオマーカー

2020/12 NEWS LETTER（英語） PDFファイル

シアル酸は、細胞間認識や細胞と病原体の相互作用に重要で、細胞膜に局在するガングリオシドに見いだされます。細胞から突出したシアル化糖鎖は、免疫反応における特異的な抗原として機能すると共に、細胞間相互作用を仲介するグリカン結合タンパク質との接点の役割も果たします^1）。N-アセチルノイラミン酸（Neu5Ac）とそのヒドロキシル化型であるN-グリコリルノイラミン酸（Neu5Gc）は、ほとんどの哺乳動物に見られるシアル酸の2つの主要な分子種です^2）。
Neu5Gcは、主にシチジン-5'-モノホスホ-NeuAc（CMP-Neu5Ac）の酵素によるヒドロキシル化によってNeu5Acから得られますが、遊離Neu5Acまたは複合糖質結合Neu5Acのヒドロキシル化によっても合成することができます。 CMP-Neu5Acヒドロキシラーゼは、活性化にシトクロムb5とシトクロムb5レダクターゼを必要とする細胞質NADH依存性モノオキシゲナーゼであり、Neu5GcとNeu5Acの比率を制御することにより、複合糖質におけるNeu5Gc発現を調節する役割を果たします。

Neu5Gcはほとんどの哺乳動物に見いだされますが、ヒトではCMP-Neu5Acヒドロキシラーゼ遺伝子の部分的な欠失のために、この酵素が不活化し、Neu5Gcは見られません^3）。従って、ヒト細胞は自身のNeu5Gc-シアロ糖鎖複合体を合成することができません^4）。他の生合成酵素が同定されていないため、他のNeu5Gc生合成経路がヒトに存在する可能性は考えられません。ただし、Neu5Gcは、主に赤身の肉や乳製品から、食事を通じてヒトの細胞に代謝により取り込まれる可能性があります^5）6）。Neu5Gcはヒトに対して高い免疫原性があり、ハンガナチウ・ダイヘル（HD）抗体と呼ばれる動物の赤血球を凝集させるヒト異好抗体により、ヒト以外のNeu5Gcを検出できます^7）。このような異種自己抗原に対する抗体反応が長引くと、慢性炎症を引き起こし、がんや炎症性疾患または自己免疫疾患の発症につながる可能性があります。

健常人のヒト組織では最小検出感度付近のNeu5Gcが検出されていますが、さまざまな腫瘍で高レベルのNeu5Gcが検出されており、その進行と転移に関連が見られます^8）9）。たとえば、Neu5Gcを含むガングリオシドであるN-グリコリル-モノシアロガングリオシドGM₃（N-グリコリル-GM₃）の異常発現は、ほとんどの悪性腫瘍細胞の表面に見られます^10）。乳癌では、O-アセチル化ガングリオシドとNeu5Gcを含むガングリオシドの両方が検出されています^9）。これらの異常なガングリオシドのセラミド部分に変化があると、細胞膜のアンカーが弱まることで、遊離して他の細胞に積極的に取り込まれる可能性があります^4）。また、小児肉腫と成人肉腫では、N-グリコリル-GM₃の発現が59.3 -100％増加しています^10）。

神経外胚葉性腫瘍の27例で実施された別の研究では、85％にN-グリコリル-GM₃が存在すると報告されました^11）。これら23例のN-グリコリル-GM₃陽性腫瘍は、他の4つの症例よりも悪性度が高くなっていました。悪性度が最も高い膀胱腫瘍および悪性神経膠腫にもN-グリコリル-GM₃が含まれています。 生存率の低下の報告は、結腸腺癌およびN-グリコリル-GM₃を有する非小細胞肺癌（NSCLC）細胞では生存率の低下が報告されています^10）。

N-グリコリル-GM₃は悪性腫瘍の細胞表面で容易に検出され、この発現は健常人の細胞では極めて低いため、これらの腫瘍関連抗原の存在は、早期（潜在的に前癌状態）の免疫学的手法による局在検出と診断の基礎となります。 これらの抗原は、マクロファージの活性化または抗体依存性細胞傷害を介して腫瘍の増殖を抑制する免疫療法の優れた標的としても機能します。 Neu5Gc腫瘍抗原を特異的に標的とする少なくとも2つのワクチン、「ラコツモマブおよびNGcGM₃ / VSSP」が、乳房腫瘍、黒色腫、およびNSCLCの治療のために開発されています^12－14）。これらの2つのワクチンは、ともにN-グリコリル-GM₃抗原に免疫応答のある患者の生存率を改善することがわかっています。

ガングリオシドはヒト組織の微量成分であるため、それらの定量的分離/分析のための高感度な検出方法が必要です。 Matreyaは、この研究を進めるためにN-グリコリル-GM₃検出用の高品質スタンダードを開発しました。

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参考文献

1. Lopez, P.H.H. and Schnaar, R.L. Gangliosides in cell recognition and membrane protein regulation. Curr. Opin. Struct. Biol. 19(5), 549-557 (2009).
2. Kooner, A.S., Yu, H., and Chen, X. Synthesis of N-glycolylneuraminic acid (Neu5Gc) and its glycosides. Front. Immunol. 10, 2004 (2019).
3. Irie, A. and Suzuki, A. CMP-N-Acetylneuraminic acid hydroxylase is exclusively inactive in humans. Biochem. Biophys. Res. Commun. 248(2), 330-333 (1998).
4. Blanco, R. N-glycolyl GM3 ganglioside as a relevant tumor antigen in humans. J. Mol. Biomark. Diagn. 7(6), 1000e124 (2016).
5. Bardor, M., Nguyen, D.H., Diaz, S., et al. Mechanism of uptake and incorporation of the non-human sialic acid N-glycolylneuraminic acid into human cells. J. Biol. Chem. 280(6), 4228-4237 (2005).
6. Nguyen, D.H., Tangvoranuntakul, P., and Varki, A. Effects of natural human antibodies against a nonhuman sialic acid that metabolically incorporates into activated and malignant immune cells. J. Immunol. 175(1), 228-236 (2005).
7. Padler-Karavani, V., Yu, H., Cao, H., et al. Diversity in specificity, abundance, and composition of anti-Neu5Gc antibodies in normal humans: Potential implications for disease. Glycobiology 18(10), 818-830 (2008).
8. Yin, J., Hashimoto, A., Izawa, M., et al. Hypoxic culture induces expression of sialin, a sialic acid transporter, and cancer-associated gangliosides containing non-human sialic acid on human cancer cells. Cancer Res. 66(6), 2937-2945 (2006).
9. Marquina, G., Waki, H., Fernandez, L.E., et al. Gangliosides expressed in human breast cancer. Cancer Res. 56(22), 5165-5171 (1996).
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11. Scursoni, A.M., Galluzzo, L., Camarero, S., et al. Detection of N-glycolyl GM3 ganglioside in neuroectodermal tumors by immunohistochemistry: An attractive vaccine target for aggressive pediatric cancer. Clin. Dev. Immunol. 245181 (2011).
12. Perez, K., Osorio, M., Hernandez, J., et al. NGcGM3/VSSP vaccine as treatment for melanoma patients. Hum. Vaccin. Immunother. 9(6), 1237-1240 (2013).
13. 13. Fernandez, L.E., Gabri, M.R., Guthmann, M.D. et al. NGcGM3 ganglioside: A privileged target for cancer vaccines. Clin. Dev. Immunol. 814397 (2010).
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