PC12細胞は様々な増殖因子の刺激を受け増殖を促されるが、NGFなどのある種の因子の刺激によっては神経突起の伸長を示し、神経細胞の分化のモデル細胞として広く研究が行われている。PC12細胞では、NGFの刺激によって細胞内のPI3-キナーゼやMAPキナーゼを含む様々な分子が活性化を受ける。またNGFの刺激によるPC12細胞の突起伸長はPI3-キナーゼの阻害剤で抑制できることから、この突起伸長にはPI3-キナーゼが重要な役割をしていることが考えられる。この突起伸長におけるPI3-キナーゼの役割をより詳細に解明するためAdexシステムを用いて活性型PI3-キナーゼをPC12細胞に発現させた。活性型PI3-キナーゼの発現誘導後、PI3-キナーゼ産物であるPI-3,4-二リン酸とPI3,4,5-三リン酸の細胞内レベルの上昇を検出し、同時に神経様突起の伸長も確認した。さらにこの突起伸長もPI3-キナーゼの阻害剤で抑制できることから、恒常的なPI3-キナーゼ活性の上昇がPC12細胞にある種の神経様突起の伸長を誘導しうる事が明かとなった。そこで、このPI3-キナーゼによって誘導される神経様突起の性質を免疫染色実験によって調べた。NGFによって誘導される神経様突起の伸長端には細胞骨格構成分子F-アクチンおよび神経突起特異的分子GAP-43の集積が見られるが、活性型PI3-キナーゼによって誘導される突起にはこの集積がみられいことから、PI3-キナーゼによって誘導される神経様突起は不完全なものであることがわかった。それに対しPI3-キナーゼによって誘導される神経様突起はNGFによって誘導される神経様突起にくらべ微小官の集積が増強されていた。このことから、PI3-キナーゼは微小官の重合を促進することで神経突起の伸長の一役を担っていることが示唆された。続いてPI3-キナーゼの下流分子の活性化を検討した。その結果、活性型PI3-キナーゼの発現に伴い、Jun N-terminal kinase(JNK)の活性化を検出した。それに対しMAPキナーゼやProtein kinase B(PKB)の活性化は検出出来なかった。これらの結果から、JNKがPI3-キナーゼを介した突起伸長に重要な役割をしている可能性が示唆された。

　印環細胞癌(低分化型腺癌)は胃癌に頻繁に見られる低分化型腺癌であり侵潤能、転移能に優れている。また、細胞接着能の破綻や、細胞体内に粘液質に富んだ液胞を含むことが典型的な特徴である。

　PI3-キナーゼは、増殖因子の刺激を細胞内に伝達する分子であるが、癌遺伝子産物によっても活性化を受けること、また最近の研究によりモデル動物で癌遺伝子産物として同定された事から細胞の癌化との関連が注目されている。しかしながら、PI3-キナーゼはヒトの癌では癌遺伝子としては未だ同定されてはいない。また、いくつかの癌遺伝子産物との結合は報告されてはいるが、必ずしも癌の発症には必要でないとの報告もある。細胞の癌化はまず第一に異常増殖能の獲得から始まり、浸潤能、転移能の獲得と多段階的に起こることが知られている。またその各々の段階で様々な遺伝子の異常が起こる。本実験は活性型PI3-キナーゼをヒト消化器管癌由来の比較的良性な癌細胞である高分化型腺癌細胞株にアデノウイルス遺伝子誘導発現システムを用いて発現させ、これによって生じる細胞形態の変化を詳細に分析することにより、PI3-キナーゼの癌の発症、進展における役割を解明する目的で行った。

　ヒト胃癌細胞株に活性型PI3-キナーゼをAdexシステムを用いて導入し、その癌細胞の形質の変化を詳細に解析した。高分化型腺癌細胞株HCC2998およびMKN45は細胞同士が互いに接着して増殖するが、活性型PI3-キナーゼを発現させるとPI3-キナーゼ産物の細胞内の発現レベルの上昇に伴い細胞間接着が破綻しバラバラに浮遊増殖した。また、細胞体内に粘液質を含む液胞が見られ、ある種の癌抗原の分泌が上昇した。続いて、ヌードマウスを用いて皮下移植実験を行ったところ、活性型PI3-キナーゼを発現しない細胞が高分化型腺癌に特徴的な管腔を形成したのに対し、活性型PI3-キナーゼを発現した細胞では管腔形成は見られず蜂巣状に増殖した。また、活性型PI3-キナーゼを発現した細胞でのみ移植動物組織への浸潤が見られた。活性型PI3-キナーゼを発現した細胞のシャーレ上および組織中での増殖形態が印環細胞癌に酷似していることから、実際の印環細胞癌由来の細胞株を含む幾つかの胃癌細胞株でPI3-キナーゼ活性を計測することにした。その結果、いくつかの印環細胞癌由来の細胞株で有為なPI3-キナーゼ活性の上昇を検出した。PI3-キナーゼの活性化は以下のような行程を経ると考えられている。1)増殖因子、分化因子のレセプターへの結合。2)増殖因子レセプターの二量化と自己リン酸化。3)自己リン酸化されたチロシン残基へのPI3-キナーゼの結合と比活性の上昇。

　つまり、ある種のチロシンリン酸化された蛋白質がPI3-キナーゼの基質であるイノシトールリン脂質の存在する細胞膜上にPI3-キナーゼを移行させることがPI3-キナーゼの活性化には重要であると考えられる。従って、PI3-キナーゼの印環細胞癌での活性化にもある種のチロシンリン酸化蛋白が関与していることが予想された。これらの予想をもとに印環細胞癌においてPI3-キナーゼと結合しているチロシンリン酸化蛋白質の存在を調べたところ多くの印環細胞癌で約200kdのチロシンリン酸化蛋白質(p200)がPI3-キナーゼと結合していることが明らかとなった。また細胞分画を行ったところp200は細胞膜画分に分画される事がわかった。さらにp200と結合しているPI3-キナーゼの比活性は、結合していないPI3-キナーゼの比活性と比べて3倍程度の上昇が認められた。これらの実験事実から印環細胞癌でPI3-キナーゼはp200と結合することで活性化を受けていることが明らかになった。そこで、印環細胞癌の一つNUGC4細胞の細胞抽出液からPI3-キナーゼのSH2領域を結合させたカラムを用いてp200の精製を行い、これをマススペクトルにより解析し、p200がEGF-レセプターファミリーの一つでニューレグリンのレセプターであるerbB3であることが明らかにした。

　続いて印環細胞癌においてPI3-キナーゼの下流因子の活性化レベルを測定した。PI3-キナーゼの下流には、protein kinase Bやストレス応答性のMAPキナーゼであるp38-MAPキナーゼ、JNKなどが知られている。このうち、p38-MAPキナーゼが印環細胞癌において有為に活性化されていた。最近、p38-MAPキナーゼはアクチン細胞骨格の再構築に重要な働きをしているという報告がなされ、この分子が印環細胞癌における形態形成の主たる要因となっている可能性が考えられる。

　以上の実験により、PI3-キナーゼ活性の上昇が高分化型腺癌を印環細胞癌様に形態変化させることを示した。また実際の印環細胞癌由来の胃癌細胞株で恒常的にリン酸化されているerbB3がPI3-キナーゼを活性化させていること、またp38-MAPキナーゼが印環細胞癌の形成に関与している可能性を示した。