【研究分野】病態医化学

【研究領域課題番号】17K15612 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン受容体基質 / 肝癌 / インスリンシグナル / シグナル伝達 / 糖尿病 / 肥満

【研究成果の概要】

肝癌では種々のシグナル経路が活性化していることが知られている。多くの疫学研究で肥満や糖尿病と肝癌の強い関連が報告されているが、肥満と糖尿病に共通するのはインスリン抵抗性に起因する高インスリン血症である。肝癌形成におけるインスリンシグナルの寄与は不明な点が多いため、両シグナル上流に位置するインスリン受容体基質(Irs)1、Irs2に着目し、肝臓特異的Irs1欠損マウス、肝臓特異的Irs2欠損マウスに薬剤で肝癌を誘発し表現型を解析した。一連の解析の結果、肝癌形成時にWnt経路の亢進により発現増加したIrs1がインスリンシグナルの活性化に関与し、肝癌進展において重要な役割を担う可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

LIrs1KO、LIrs2KOマウスは通常食下では脂肪肝を伴わず、正常耐糖能に近いことが先行研究や本研究で明らかになっている。高血糖や脂肪肝は肝癌の増悪因子であることが報告されているが、今回我々は、LIrs1KO、LIrs2KOマウスにDENで肝癌を誘発し、通常食下で観察することにより、高血糖や脂肪肝などの肝癌発症における交絡因子を除外した状態でインスリンシグナル関連分子の肝癌形成における役割を評価できた。LIrs1KOマウスで肝癌の進展が抑制されたことを踏まえると、今後Irs1が肝癌治療の分子ターゲットになる可能性もあると考えられた。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】17K08625 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン / IGF / シグナル伝達 / インスリン受容体基質 / ユビキチン / 糖尿病 / がん / インスリン様成長因子 / Nedd4 / USP / USP15

【研究成果の概要】

インスリン/インスリン様成長因子（IGF）は動物の代謝調節や成長に重要である。これらが標的細胞に作用して起こす細胞内シグナルに異常が生じると、糖尿病やがんの発症につながる。本研究では、シグナルを仲介するインスリン受容体基質（IRS）のモノユビキチン化レベルが複数のユビキチンリガーゼと脱ユビキチン化酵素によって制御され、新しいメカニズムでシグナル強度を調節していることを発見した。さらに、これらの酵素がIRSを基質として認識する分子機構や、酵素活性の調節機構の一端も明らかにした。

【研究の社会的意義】

我々は以前、インスリン/IGFの細胞内シグナルがIRSのモノユビキチン化によって制御されることを独自に発見していた。本研究では、この過程に関与するユビキチンリガーゼと脱ユビキチン化酵素を同定し、その作用機序を調べることで、研究を進展させた。本研究は、インスリン/IGFシグナルの新たな制御メカニズムの発見として、学術的価値が高い。また、同定した酵素を標的とすることで、インスリン/IGFシグナルを修飾する方法を開発できる可能性を示すことができた。この開発が成功すれば、糖尿病やがんの新しい治療法の開発につながると期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】15H04847 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン受容体基質 / エネルギー / 糖質代謝異常 / 糖尿病 / 糖代謝異常 / エネルギー・糖質代謝異常

【研究成果の概要】

高脂肪食負荷に伴ってIRS-2の発現が低下しても、IRS-1の発現が多い中心静脈領域では高インスリン血症も相まってインスリンシグナルはむしろ亢進し、そのために脂肪合成が促進される一方、門脈領域ではIRS-1の発現が少ないためにIRS-2の発現低下を十分に代償することができず、インスリンシグナルが障害され、糖新生が亢進する可能性が示唆された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)

【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】26460369 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン / インスリン様成長因子 / インスリン受容体基質 / ユビキチン / がん / 糖尿病

【研究成果の概要】

代謝調節ホルモンであるインスリンへの体の応答性が低下すると糖尿病が起こる。一方、インスリンと構造の似たインスリン様成長因子（IGF）には成長促進作用があり、IGFへの応答性が過度に高まるとがんを発症しやすくなる。これらの応答性が変わるしくみには不明点が多い。今回、インスリン/IGFが細胞膜受容体に結合した後で起こる細胞内シグナル伝達を調べた。その結果、シグナル伝達を担うIRS2が別のタンパク質Nedd4と複合体を形成しており、この複合体が不足するとインスリン応答性が低下し糖尿病につながる、一方、この複合体が過剰に存在するとIGF応答性が過度に高まりがん細胞の過増殖の一因になることがわかった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】動物生産科学

【研究領域課題番号】25221204 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

代謝・内分泌制御 / インスリン / インスリン様成長因子 / インスリン受容体基質 / 細胞内シグナル伝達 / 糖尿病 / がん / インスリン様活性 / 細胞内シグナル / 増殖 / 翻訳 / スプライシング / 糖取り込み / インスリン抵抗性 / 成長異常

【研究成果の概要】

動物の正常な生命活動に必須な同化ホルモン、インスリン／インスリン様成長因子（IGF）の広範な生理活性（インスリン様活性）の発現には、シグナル伝達分子であるインスリン受容体基質（IRS）が必須である。我々は、IRSが多くのタンパク質（IRSAP）やRNAと相互作用して巨大な分子複合体（IRSome）を形成し、これが全く新しいメカニズムでインスリン様活性の調節に重要な役割を果たすことを解明した。更に、IRSAPの量やIRSとの相互作用を制御することにより、がんや糖尿病をはじめとした種々の疾病の症状を緩和できることを証明した。

【研究の社会的意義】

IRSは、インスリン／IGFの作用発現を仲介するシグナル分子と考えられてきたが、本研究により、ホルモンの刺激とは独立して、他のタンパク質やRNAなどと相互作用し、インスリン様活性を修飾する「足場タンパク質」としても機能していることを示した。研究過程で、IRSomeにはRNAが含まれ、これが複合体の形成と同時に、RNA代謝を調節している、また、アミノ酸欠乏のシグナル自身がインスリン様活性を誘導するという全く新しい代謝調節機構の存在も明らかにし、これらの学術的意義は高い。本研究の成果は、成長異常、糖尿病、老化、がんなどに対して、全く新しい機序で作用する薬剤や治療法の開発への利用が期待できる。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】215,800千円 (直接経費: 166,000千円、間接経費: 49,800千円)

【研究分野】応用動物科学

【研究領域課題番号】24380152 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン / 糖尿病 / 糖輸送担体 / ジアシルグリセロールキナーゼ / インスリン抵抗性 / 低分子化合物 / ジアルシグリセロールキナーゼ / インスリン受容体基質 / ジアシルグリセロールキナーゼζ / 高糖尿病薬 / PIP5K / 糖輸送担体（GLUT4) / 細胞膜移行 / 2型糖尿病 / 糖取り込み

【研究成果の概要】

我々は、DGKζがIRS-1と結合することによって、既知のインスリンシグナル活性化とは独立にGLUT4の細胞膜移行を制御していることを明らかにした。さらに、DGKζ結合タンパク質であるPIP5K1αはDGKζと結合することによってGLUT4の細胞膜移行を促進していることが明らかとなった。
IRS-1とDGKζの結合を検出するELISAキットを用いて、IRS-1とDGKζの結合を阻害する低分子化合物を３０種類以上単離した。そのうちの一つの化合物Aは、細胞に添加することによって、IRS-1とDGKζの結合を阻害し、TNF-αによって誘導されたインスリン抵抗性を解除することを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2016-03-31

【配分額】18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】24790928 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン / インスリン様成長因子 / インスリン受容体基質 / 糖尿病 / ユビキチン / 細胞内シグナル / Nedd4 / Epsin1 / 細胞内シグナル伝達 / 国際情報交換　スウェーデン

【研究成果の概要】

インスリンとインスリン様成長因子(IGF)は互いに類似した構造のホルモンで、インスリンは血糖値の調節に、IGFは細胞増殖や個体成長に重要な役割を果たします。私達は、これまでにインスリンやIGFの細胞内情報伝達を担うタンパク質の一つ「インスリン受容体基質」がモノユビキチン化という種類の分子修飾を受けるとインスリンやIGFの作用が強まることを見つけており、今回の研究によってその詳細な分子機構を明らかにすることが出来ました。また、肝臓では細胞が受け取る栄養量が変化すると、この新しい機構を介してインスリンへの応答性が変化することも明らかになり、糖尿病発症機構の理解にとっても重要な発見と考えられました。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】応用動物科学

【研究領域課題番号】19580324 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン / 糖尿病 / インスリン受容体基質(IRS) / DGKζ / 脂質 / IRS

【研究成果の概要】

本研究ではIRSと結合するDGKζ活性がGlut4 の細胞膜移行を阻害するメカニズムを解明し、インスリン抵抗性の発生とIRS-1 結合性DGKζとの関連を明らかにすることを目的としている。3T3-L1 adipocytes において、siRNA によってDKGζをノックダウンすると、インスリン非依存的な糖取り込み量に変化は認められないが、インスリン依存的な糖取り込み量が有意に減少すること、さらにインスリン依存的なインスリンシグナル分子の活性化には全く影響しないことを明らかにした。続いて、阻害剤を用いて、DGK の活性を阻害したところ、インスリン依存的な糖取り込みが促進されることが明らかとなった。しかし、インスリン依存的なインスリンシグナル分子の活性化には全く影響を与えなかった。一方で、糖取り込み担体であるGLUT4 の細胞膜移行はインスリン非依存的に促進されており、DGK 活性はGLUT4 の細胞膜移行を阻害していることが明らかとなった。これらの結果から、DGKζは、複雑な機構によってこれまでに知られているインスリンシグナルとは異なる新規シグナルを介して、インスリン依存的な糖取り込みを制御していることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2007 - 2008

【配分額】4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)

【研究分野】応用動物科学

【研究領域課題番号】17780209 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

インスリン / ジアシルグリセロール / インスリン抵抗 / インスリン受容体基質(IRS) / 脂肪細胞 / 糖尿病 / ジアシルグリセロールキナーゼ / Glucose transporter(Glut4) / 細胞内シグナル伝達

【研究成果の概要】

インスリンは標的細胞の細胞膜上に存在する受容体に結合し、内蔵されたチロシンキナーゼを活性化する。活性化された受容体はインスリン受容体基質(IRS)をチロシンリン酸化、リン酸化されたIRSを認識して様々なシグナル分子が活性化され、インスリンの広範な生理活性、特に糖取り込みの促進が発現すると考えられている。これまで我々は、インスリン受容体基質(IRS)が他のタンパク質と大きな複合体を形成し、インスリンシグナルの強さを調節していることを明らかにしてきた。そこでIRS-1と結合するタンパク質をYeast Two-hybrid screeningで単離し、ジアシルグリセロールキナーゼ(DGK)ζの同定に成功した。このタンパク質、DGKζのインスリンシグナルにおける機能・役割を解明することが本研究の目的である。
今回我々は、まずsiRNAを用いた手法で3T3-L1脂肪細胞においてDGKζをノックダウンし、インスリン依存的な糖取り込みを測定した。その結果、インスリン刺激によって誘導される細胞内への糖の取り込みがDGKζのノックダウンによって有意に抑制され、DGKζはインスリン誘導性糖取り込みに必要であることが示された。続いて、DGKζの活性阻害剤で処理し、同様にインスリン依存的な糖取り込みを測定したところ、糖取り込み量が増強することが明らかとなった。またDGKζの活性を優位に阻害する変異体KN-DGKζを発現するアデノウイルスベクターを作製し、3T3-L1脂肪細胞に感染後、インスリン刺激し、糖取り込み量を測定した。その結果、阻害剤で得られた結果と同様に、糖取り込み量が増加していた。これまでTNF-α長時間刺激によって3T3-L1脂肪細胞においてインスリン依存的な糖取り込み量が抑制されることが知られており、インスリン抵抗性のモデルとして利用されている。驚いたことにTNF-α刺激によって誘導されるインスリン抵抗性はKN-DGKζの発現によって回復することが示された。以上の結果より、DGKζはIRSと結合することによってインスリン依存的糖取り込みに必要な機能を有している。さらにDGKζのキナーゼ活性はインスリン依存的な糖取り込みには抑制的に働いていることが明らかとなった。今回の結果から、DGKζの活性阻害剤は有力なインスリン抵抗性解除薬の候補となることが強く示唆された。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】17390261 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵β細胞 / インスリン分泌 / インスリン受容体基質 / IRS-2 / β細胞の増殖 / 高脂肪食 / 糖尿病 / 増殖

【研究成果の概要】

2型糖尿病の発症には、インスリン抵抗性とインスリン分泌低下の両者が関与する。私どもはインスリン受容体基質(IRS)-2の欠損マウスを作製し、肥満及び肝臓でのインスリン抵抗性に対し膵β細胞が十分に増殖できないため、相対的なインスリン分泌不足をきたすことにより糖尿病を発症することを明らかにした(Diabetes 49:1880-9,2000、J Biol Chem.279:25039-49,2004、J Biol Chem.280:3331-7,2005)。IRS-2欠損マウスに高脂肪食を負荷すると、野生型に比べ著しい高血糖を示した。野生型では膵β細胞が増殖するが、IRS.2欠損マウスでは膵β細胞の増殖が見られなかった(J.Biol.Chem.278:43691-43698,2003、J Biol Chem.278:14284-14290,2003)。IRS-2の膵β細胞の増殖における役割を明らかにするため、IRS-2-loxマウスを作製し、膵β細胞にCreリコンビナーゼを発現するマウスとかけあわせ、膵β細胞でのIRS-2を欠損したところ、インスリン抵抗性のない状態でも膵β細胞の面積は野生型に比べて低下していることを証明した(J.Clin.Invest.114:917-927,2004)。高脂肪食を負荷しインスリン抵抗性を誘導すると膵β細胞が増殖するが、この時、IRS.2蛋白質が著明に誘導される。一方、膵β細胞内でのブドウ糖代謝が低下したグルコキナーゼ(GK)欠損マウスでは、膵β細胞の増殖もIRS.2蛋白の発現上昇も認められなかった。IRS.2蛋白の上昇とCREBのリン酸化の亢進がパラレルであることから、膵β細胞内でのブドウ糖のGKによる代謝はCREBのリン酸化を介してIRS-2の発現上昇を誘導するものと結論した(J.Clin.Invest.117:246-257,2007)。
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【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2006

【配分額】15,400千円 (直接経費: 15,400千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】15390284 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糖尿病 / インスリン抵抗性 / インスリン受容体 / インスリン受容体基質 / アディポネクチン / 脂肪細胞 / 動脈硬化 / 代謝症候群 / 肥満 / レプチン / PPARγ / レプチン抵抗性改善薬

【研究成果の概要】

2型糖尿病におけるインスリン抵抗性の機序を明らかにするため、インスリン受容体基質(IRS)-2欠損マウスのインスリン抵抗性の機序を解析したところ、肝臓におけるインスリン抵抗性と中枢でのIRS-2欠損によるレプチン抵抗性による肥満が関与していた(Suzuki et al.,J.Biol.Chem.279,25039,2004)。また、視床下部特異的IRS-2欠損マウスの解析より、中枢でのIRS-2の欠損が肥満・インスリン抵抗性をきたすことが確認された(Kubota et al.,J.Clin.Invest.,114,917,2004)。一方、高脂肪食下のインスリン抵抗性には脂肪細胞でのアディポネクチンの発現や分泌の低下が関与している。アディポネクチンの受容体を発現クローニング法により同定した(Yamauchi et al.,Nature 423,762,2004)ところ、膜7回貫通型でAMPキナーゼ・PPARαなどの脂肪酸燃焼のパスウェイを活性化する作用を有していた。さらに、高脂肪食下・インスリン抵抗性のもとでは、このアディポネクチン受容体はダウンレギュレートされた(Tsuchida et al.,J.Biol.Chem.279,30817,2004)。脂肪細胞の肥大化に伴いインスリン抵抗性が増悪するが、肥大化の過程にはDGAT-2という中性脂肪合成の最終ステップの酵素が関与していることを明らかにした(Suzuki et al.,J Biol Chem.280,3331,2005)。血管障害に関してはIRS-1、IRS-2欠損マウスがともに代謝症候群を呈することと、血管においてはIRS-2が血管保護作用を担っていることを示した(Kubota et al.,Circulation 107,3073,2003)。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2004

【配分額】14,800千円 (直接経費: 14,800千円)

【研究分野】実験動物学

【研究領域課題番号】11480248 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

肥満 / 糖尿病 / インスリン / 成長ホルモン / トランスジェニックラット / 細胞内情報伝達 / インスリン受容体気質 / チロシンリン酸化 / インスリン受容体基質 / 成長ホルモン受容体

【研究成果の概要】

肥満、あるいはインスリン非依存性糖尿病に随伴する第一義的な代謝異常はインスリン抵抗性である。このインスリン抵抗性の発現機構を明らかにすることはその治療法の開発にとっても極めて重要である。本研究では、我々が作出した2系統のヒト成長ホルモン(hGH)トランスジェニックラット(高hGH系統、低hGH系統)を用いて、インスリンとGHのクロストークという観点からインスリン抵抗性の発現機構を解明することを試みるとともに、株化細胞を用いてインスリンとGHの細胞内情報伝達系のクロストークの分子機構を明らかにすることを目的とした。GH遺伝子導入ラットを用いた本研究により、GH分泌の異常によりインスリン抵抗性が発現するが、インスリンの過剰分泌と肝臓の糖処理能力の向上が起こり、膵臓と肝臓がそれぞれの機能を維持できる限り血糖値や耐糖能を正常に保つことができることが明らかとなり、糖恒常性の維持における肝臓の重要性が改めて示された。また、GHの抗インスリン作用は、少なくとも2つの分子機構を介して引き起こされることがわかった。すなわち、GHの短時間刺激に応答して起こるPTPase活性化によってインスリンシグナルが抑制される機構と、インスリン依存性のGLUT4の細胞膜移行は阻害されないにも関わらずGHの長時間刺激に応答して起こる糖の取り込みが抑制される機構である。それぞれの機構を介して起こるインスリン抵抗性は、異なる生理的意義を持つものと推定される。今後、今回明らかになった分子機構を培養細胞系を用いて更に解明を進めるとともに、同様な現象がin vivo系でも観察されるかについて検討を進め、これらの分子機構の普遍性を証明していきたいと考えている。本研究の成果は、GHの生物学的な意義に対する理解を深めるとともに、その分泌異常に起因するヒトや動物の病態の解明にも貢献するものと考えられる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2001

【配分額】15,000千円 (直接経費: 15,000千円)