4-Methylumbelliferone administration enhances radiosensitivity of human fibrosarcoma by intercellular communication

4-メチルウンベリフェロン投与は、細胞間コミュニーケーションによってヒト繊維肉腫の放射線感受性を増強する

嵯峨 涼*; 松谷 悠佑  ; 高橋 玲*; 長谷川 和輝*; 伊達 広行*; 細川 洋一郎*

Saga, Ryo*; Matsuya, Yusuke; Takahashi, Rei*; Hasegawa, Kazuki*; Date, Hiroyuki*; Hosokawa, Yoichiro*

ヒアルロン酸合成材4-メチルウンベリフェロン(4-MU)は、X線治療における放射線増感剤の候補として知られる。そのような4-MU投与下での放射線治療効果はin vitro試験により研究がおこなわれてきたが、放射線増感に関するメカニズムは未だ不明である。本研究では、細胞実験に加えて、モデル推定による理論解析を行い、4-MU投与下の放射線増感メカニズムを研究した。先ず、細胞実験により、4-MU投与とX線照射を組み合わせた治療時の腫瘍細胞(HT1080)の生存率を測定した。一方、4-MU投与による薬理学的効果をモデル化し、4-MU投与とX線照射による相乗効果を理論的に分析した。その結果から、4-MU投与による放射線増感効果は、約4Gyの中間線量範囲で最大となり、細胞間コミュニケーションの関与が示された。さらに、4-MU投与下において、DNA損傷の発生に関連する酸化ストレスレベルが優位に増加し、細胞間シグナルの阻害剤を加えることで放射線増感効果が抑制されることが分かった。本成果により、4-MU投与とX線照射による相乗効果は、細胞間コミュニケーションに起因し、従来のX線治療よりも効率的な腫瘍制御が見込めることが示された。

Hyaluronan synthesis inhibitor 4-methylumbelliferone (4-MU) is a candidate of radiosensitizers in X-ray therapy. The curative effects under such 4-MU administration have been investigated in vitro; however, the radiosensitizing mechanisms remain unclear. Here, we investigated the radiosensitizing effects under 4-MU treatment from cell experiments and model estimations. We generated experimental surviving fractions of human fibrosarcoma cells (HT1080) after 4-MU treatment combined with X-ray irradiation. Meanwhilst, we also modelled the pharmacological effects of 4-MU treatment and theoretically analyzed the synergetic effects between 4-MU treatment and X-ray irradiation. The results show that the enhancement of cell killing by 4-MU treatment is the greatest in the intermediate dose range of around 4 Gy, which indicates the involvement of intercellular communication. In addition, the oxidative stress level, which leads to DNA damage induction, significantly increased under 4-MU treatment, and the radiosensitization by 4-MU can be suppressed by the inhibitors for intercellular communication. These findings suggest that the synergetic effects between 4-MU treatment and irradiation are predominantly attributed to intercellular communication and provide more efficient tumour control than conventional X-ray therapy.