腫瘍M2-PK

腫瘍M2-PKは、腫瘍代謝における重要な酵素であるピルビン酸キナーゼアイソザイムM2（PKM2）の二量体と同義です。腫瘍M2-PKは、 PSAのような臓器特異的な腫瘍マーカーではなく、多くの腫瘍種で上昇する可能性があります。便中濃度の上昇は、大腸腫瘍のスクリーニング方法として研究されており、血漿EDTA濃度は、様々な癌の経過観察への応用可能性について試験が行われています。

腫瘍M2-PK（M2-PKの二量体）を特異的に認識する2つのモノクローナル抗体に基づくサンドイッチELISAは、それぞれ便およびEDTA血漿検体中の腫瘍M2-PKの定量に使用できます。バイオマーカーとして、便およびEDTA血漿中の腫瘍M2-PK量は、腫瘍の特定の代謝状態を反映します。

大腸腫瘍およびポリープの早期発見

便中M2-PKは、大腸癌の潜在的な腫瘍マーカーです。カットオフ値4U/mlで便中M2-PKを測定した場合、大腸癌では感度85%（95%信頼区間65～96%）、直腸癌では感度56%（信頼区間41～74%）と推定されています^{[1] 。}特異度は95%です^{[2] 。}

M2-PK検査は潜血（ELISA法）に依存しないため、出血性または非出血性の大腸癌やポリープを高感度・高特異度で検出でき、偽陰性はありませんが、偽陽性が発生する可能性があります。^[3]

多くの人は、非侵襲的な予防的健康診断を受けることをより積極的に受け入れています。そのため、便検体中の腫瘍M2-PKを測定し、大腸内視鏡検査で腫瘍M2-PK陽性の結果を明確にすることで、大腸癌の早期発見に大きく貢献する可能性があります。CEマーク取得済みのM2-PK検査は、定量的な結果が得られるELISA検査、または数分以内に結果が得られるポイントオブケア検査としてご利用いただけます。

腫瘍M2-PKは肺がんの診断にも有用であり、 SCCおよびNSE 腫瘍マーカーよりも優れています。^[4]腎細胞癌（RCC）の場合、M2PK検査は転移性RCCに対して66.7％、非転移性RCCに対して27.5％の感度を持っていますが、M2PK検査では膀胱の移行上皮癌、前立腺癌、および良性前立腺肥大症を検出できません。^[5]

がんのフォローアップ

さまざまな国際ワーキンググループの研究により、腎臓、肺、乳房、子宮頸部、消化管（食道、胃、膵臓、結腸、直腸）の腫瘍、および黒色腫の患者の EDTA 血漿サンプル中の腫瘍 M2-PK の量が著しく増加していることが明らかになっており、これは腫瘍のステージと相関しています。

腫瘍M2-PKを、大腸がんのCEA、膵臓がんのCA 19-9、胃がんのCA 72-4 などの適切な従来の腫瘍マーカーと組み合わせると、さまざまながんを検出する感度が大幅に向上します。

EDTA 血漿中の腫瘍 M2-PK 検査の重要な用途は、腫瘍治療中の追跡調査、選択された治療の成功または失敗の監視、および「治癒」と生存の可能性の予測です。

腫瘍M2-PK値が治療中に低下し、その後も低いままであれば、治療が成功したことを示しています。治療中または治療後に腫瘍M2-PK値が上昇した場合は、再発または転移が疑われます。

腫瘍の M2-PK 値の上昇は重度の炎症性疾患でも発生することがありますが、鑑別診断によって除外する必要があります。

四量体および二量体PKM2

ピルビン酸キナーゼは、解糖系の最終段階であるホスホエノールピルビン酸のピルビン酸への脱リン酸化を触媒し、解糖系における正味エネルギー産生を担う。組織の代謝機能の違いに応じて、ピルビン酸キナーゼの異なるアイソザイムが発現する。

M2-PK（PKM2 ）は線維芽細胞、胚細胞、成体幹細胞などの増殖細胞や、肺、膀胱、腎臓、胸腺を含むほとんどのヒト組織に存在する主要なピルビン酸キナーゼアイソフォームであり、多くのヒト腫瘍で増加している。^[6]

M2-PK は増殖細胞内で 2 つの異なる形で発生します。

• 4つのサブユニットからなる四量体
• 2つのサブユニットからなる二量体。

M2-PKの四量体型は、その基質であるホスホエノールピルビン酸（PEP）との親和性が高く、生理的PEP濃度において高い活性を示します。さらに、M2-PKの四量体型は、いわゆる解糖酵素複合体において、他の複数の解糖酵素と会合しています。これらの酵素が近接しているため、解糖酵素複合体におけるこの会合は、グルコースから乳酸への非常に効率的な変換をもたらします。M2-PKが主に高活性四量体型である場合（ほとんどの正常細胞の場合）、グルコースは主に乳酸に変換され、それに伴いエネルギーが生成されます。

対照的に、M2-PKの二量体型はホスホエノールピルビン酸に対する親和性が低く、生理的PEP濃度ではほとんど不活性です。腫瘍細胞のようにM2-PKが主に二量体型である場合、ピルビン酸キナーゼより上のすべてのリン酸化代謝物は蓄積し、核酸、リン脂質、アミノ酸などの解糖系中間体から分岐する合成プロセスへと送られます。これらの中間体は、腫瘍細胞などの増殖性の高い細胞にとって重要な細胞構成要素です。

M2-PKの四量体および二量体形態の代謝への影響

ピルビン酸キナーゼは解糖系において重要な役割を担っているため、M2-PKの四量体：二量体比は、グルコース炭素がエネルギー産生とともにピルビン酸と乳酸に変換されるか（四量体）、あるいは合成プロセスに送られるか（二量体）を決定します。腫瘍細胞では、M2-PKは主に二量体です。そのため、M2-PKの二量体型は腫瘍M2-PKと呼ばれています。

腫瘍細胞における M2-PK の二量体化は、M2-PK とさまざまな腫瘍タンパク質との直接的な相互作用によって誘発されます。

しかし、M2-PK のテトラマー：ダイマー比は一定ではありません。

酸素欠乏、あるいはフルクトース1,6-ビスリン酸（フルクトース1,6-P2）やアミノ酸セリンなどの解糖系中間体の蓄積は、M2-PKの二量体から四量体への再会合を誘発する。その結果、M2-PKの活性化により、グルコースはエネルギー産生に伴ってピルビン酸と乳酸に変換され、フルクトース1,6-P2レベルが一定の閾値を下回るまで続く。これにより、M2-PKの四量体から二量体への解離が誘発される。その後、フルクトース1,6-P2レベルが一定の上限閾値に達すると、振動サイクルが再び開始され、M2-PKの四量体化が誘発される。

M2-PK が主に活性の低い二量体型の場合、グルタミンというアミノ酸がアスパラギン酸、ピルビン酸、乳酸に分解されてエネルギーが生成されます。この分解はグルタミノリシスと呼ばれます。

腫瘍細胞では、酸素の存在下で乳酸生成率が増加する現象はワールブルグ効果と呼ばれています。

突然変異

ピルビン酸キナーゼM2酵素において、がんを発症しやすいブルーム症候群患者の細胞に、H391YとK422Rという2つのミスセンス変異が初めて報告されました。結果は、サブユニット間接触ドメインに変異が存在するにもかかわらず、K422RおよびH391Y変異タンパク質は野生型タンパク質と同様のホモテトラマー構造を維持しましたが、それぞれ75%と20%の活性低下を示しました。H391Yは基質であるホスホエノールピルビン酸に対する親和性が6倍に増加し、協調的結合が損なわれた非アロステリックタンパク質のように挙動しました。一方、K422Rではホスホエノールピルビン酸に対する親和性が著しく低下していました。 K422Rとは異なり、H391Yは熱安定性の向上、幅広いpH範囲での安定性、アロステリック阻害剤Pheの影響の低減、活性化因子（フルクトース1,6-ビスリン酸）と阻害剤（Phe）の結合による構造変化に対する耐性を示した。両変異体とも、最適pHが7.4から7.0へとわずかに変化した。^[7]細胞環境下におけるホモ四量体野生型PKM2と変異型PKM2の共発現により、両者が単量体レベルで相互作用することが、in vitro実験によってさらに実証された。この単量体間相互作用は、PKM2のオリゴマー状態を著しく変化させ、二量体化とヘテロ四量体化を促進した。in silico研究では、ヘテロオリゴマー化がエネルギー的に有利であることを裏付けるさらなる裏付けが得られた。 PKM2のヘテロオリゴマー集団は活性と親和性が変化し、その発現は大腸菌だけでなく哺乳類細胞の増殖速度と倍数性の増加をもたらしました。これらの特徴は腫瘍の進行に必須であることが知られています。^[8]

潜在的な多機能タンパク質

^[9]

参照

• 解糖系
• 腫瘍メタボローム
• PKM2

参考文献

1. Haug, U.; Rothenbacher, D.; Wente, MN; Seiler, CM; Stegmaier, C.; Brenner, H. (2007). 「大腸癌の便マーカーとしての腫瘍M2-PK：無作為抽出した高齢者と大腸癌患者の大規模サンプルにおける比較分析」British Journal of Cancer . 96 (9): 1329–34 . doi :10.1038/sj.bjc.6603712. PMC 2360192.  PMID 17406361  .
2. Tonus, Carolin; Sellinger, M.; Koss, K.; Neupert, G. (2012). 「大腸がんスクリーニングにおける糞便ピルビン酸キナーゼアイソザイムM2：メタ分析」. World Journal of Gastroenterology . 18 (30): 4004– 4011. doi : 10.3748/wjg.v18.i30.4004 . PMC 3419997. PMID  22912551 . 
3. 「腫瘍M2-PK便検査」 。 2013年6月8日閲覧。
4. オレメク、G;ククシャテ、R;サプーツィス、N;ジオルコフスキー、P (2007)。 「肺がん診断におけるTU M2-PK腫瘍マーカーの重要性」。クリニチェスカヤ・メディツィナ。85 (7)  : 56–58。PMID 17882813 。
5. Roigas J, Schulze G, Raytarowski S, Jung K, Schnorr D, Loening SA. (2001年9月). 「泌尿器腫瘍患者の血漿中の腫瘍M2ピルビン酸キナーゼ」. Tumour Biol . 22 (5): 282–5 . doi :10.1159/000050628. PMID  11553857. S2CID  46855687.
6. Bluemlein K, Grüning NM, Feichtinger RG, Lehrach H, Kofler B, Ralser M (2011). 「腫瘍形成中のピルビン酸キナーゼPKM1からPKM2への発現シフトを示す証拠はない」. Oncotarget . 2 (5): 393– 400. doi :10.18632/oncotarget.278. PMC 3248187. PMID 21789790  . 
7. Akhtar K, Gupta V, Koul A, Alam N, Bhat R, Bamezai RN (2009年5月). 「ヒトピルビン酸キナーゼM2アイソザイムのサブユニット間接触ドメインにおけるミスセンス変異の異なる挙動」. J. Biol. Chem . 284 (18): 11971–81 . doi : 10.1074/jbc.M808761200 . PMC 2673266. PMID  19265196 . 
8. Gupta V, Kalaiarasan P, Faheem M, Singh N, Iqbal MA, Bamezai RN (2010年5月). 「優性負性変異はヒトピルビン酸キナーゼM2アイソザイムのオリゴマー形成に影響を及ぼし、細胞増殖および倍数性を促進する」. J. Biol. Chem . 285 (22): 16864–73 . doi : 10.1074/jbc.M109.065029 . PMC 2878009. PMID  20304929 . 
9. Gupta V, Bamezai RN (2010年9月). 「ヒトピルビン酸キナーゼM2：「多機能タンパク質」」. Protein Sci . 19 (11): 2031–44 . doi :10.1002/pro.505. PMC 3005776. PMID 20857498  . 

スツール

• Hardt PD, Mazurek S, Toepler M, Schlierbach P, Bretzel RG, Eigenbrodt E, Kloer HU (2004). 「糞便腫瘍M2ピルビン酸キナーゼ：大腸癌の新たな高感度スクリーニングツール」. British Journal of Cancer . 91 (5): 980– 984. doi :10.1038/sj.bjc.6602033. PMC 2409989.  PMID 15266315  .
• Koss K, Maxton D, Jankowski JAZ. 便中二量体M2ピルビン酸キナーゼ（Tumor M2-PK）の大腸癌（CRC）スクリーニングにおける潜在的有用性。Digestive Disease Week誌2005年5月号抄録（米国シカゴ）。
• Mc Loughlin R, Shiel E, Sebastian S, Ryan B, O´Connor HJ, O´Morain C. Tumor M2-PK、大腸がんの新しいスクリーニングツール。Digestive Disease Week誌、2005年5月号、シカゴ/米国からの抄録

プラズマ

• Cerwenka H, Aigner R, Bacher H, Werkgartner G, El-Shabrawi A, Quehenberger F, Mischinger HJ (1999). 「良性、悪性、転移性膵臓病変患者におけるTUM2-PK（ピルビン酸キナーゼ型腫瘍M2）、CA19-9、およびCEA」. Anticancer Res. 19 (1B): 849–52 . PMID  10216504.
• Kaura B, Bagga R, Patel FD (2004). 「子宮頸癌の腫瘍マーカーとしてのピルビン酸キナーゼアイソザイム腫瘍（Tu M2-PK）の評価」. J. Obstet. Gynaecol. Res. 30 (3): 193– 196. doi :10.1111/j.1447-0756.2004.00187.x. PMID  15210041. S2CID  31214841.
• Kim CW, Kim JI, Park SH, 他 (2003年11月). 「消化器癌の診断における腫瘍血漿M2-ピルビン酸キナーゼの有用性」. The Korean Journal of Gastroenterology = Taehan Sohwagi Hakhoe Chi . 42 (5): 387–93 . PMID  14646575.
• Lüftner D, Mesterharm J, Akrivakis C, Geppert R, Petrides PE, Wernecke KD, Possinger K (2000). 「進行乳がんにおける腫瘍M2-ピルビン酸キナーゼの発現」. Anticancer Res. 20 (6D): 5077– 5082. PMID  11326672.
• Oremek GM, Teigelkamp S, Kramer W, Eigenbrodt E, Usadel KH (1999). 「腎癌の腫瘍マーカーとしてのピルビン酸キナーゼアイソザイムTu M2（Tu M2-PK）」. Anticancer Res. 19 (4A): 2599– 2601. PMID  10470201.
• Schneider J, Morr H, Velcovsky HG, Weisse G, Eigenbrodt E (2000). 「肺がん患者の血漿中における腫瘍M2-ピルビン酸キナーゼの定量的検出と他の肺疾患との比較」. Cancer Detection and Prevention . 24 (6): 531–5 . PMID  11198266.
• Schneider J, Schulze G (2003). 「消化器癌の診断における腫瘍M2-ピルビン酸キナーゼ（腫瘍M2-PK）、癌胎児性抗原（CEA）、糖鎖抗原CA 19-9およびCA 724の比較」Anticancer Res. 23 (6D): 5089– 5095. PMID  14981971.
• Ugurel S, Bell N, Sucker A, Zimpfer A, Rittgen W, Schadendorf D (2005). 「腫瘍型M2ピルビン酸キナーゼ（TuM2-PK）はメラノーマにおける新規血漿腫瘍マーカーである」. Int. J. Cancer . 117 (5): 825– 830. doi : 10.1002/ijc.21073 . PMID  15957165.
• ヴェントルッチ M、チポッラ A、ラッキーニ C、カサデイ R、シモーニ P、グッロ L (2004)。 「腫瘍 M2 ピルビン酸キナーゼ、膵臓がんの新しい代謝マーカー」。掘る。ディス。科学。 49 ( 7–8 ): 1149–1155 . doi :10.1023/B:DDAS.0000037803.32013.aa。PMID  15387337。S2CID 1237419  。
• Wechsel HW, Petri E, Bichler KH, Feil G (1999). 「腎癌（RCC）マーカー：ピルビン酸キナーゼM2型二量体（Tu M2-PK）」. Anticancer Res. 19 (4A): 2583– 2590. PMID  10470199.
• Zhang B, Chen JY, Chen DD, Wang GB, Shen P (2004). 「胃癌、大腸癌、および対照群における腫瘍型M2ピルビン酸キナーゼの発現」. World J. Gastroenterol. 10 (11): 1643– 1646. doi : 10.3748/wjg.v10.i11.1643 . PMC  4572770. PMID  15162541 .

科学的背景

• Mazurek S, Boschek CB, Hugo F, Eigenbrodt E (2005). 「ピルビン酸キナーゼM2型と腫瘍の増殖および転移における役割」Semin. Cancer Biol . 15 (4): 300– 308. doi :10.1016/j.semcancer.2005.04.009. PMID  15908230.

外部リンク

• 診断バイオマーカーとしての腫瘍M2-PK
• ピルビン酸キナーゼアイソザイムM2型