【研究分野】医化学一般

【研究領域課題番号】20390076 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミノ酸 / mTOR / オートファジー / 飢餓 / インスリンシグナル

【研究成果の概要】

本課題では生体制御因子としてとらえたアミノ酸の感知機構およびそのシグナル伝達機構を解析している。アミノ酸が制御することで知られている細胞機能のひとつとしてオートファジー(自食作用)がある。本研究課題の昨年度の実績から、栄養感知シグナルの中心的因子であるmTOR複合体が、オートファジー因子であるULK1-Atg13-FIP200複合体と直接会合することによって、オートファジーを抑制することを明らかにした。その研究の延長として、ULK1複合体に含まれるさらなる因子を探索したところ、新規にFLJ11773という因子を同定することに成功した。この因子は分裂酵母にまで保存されているものの、出芽酵母には存在しないものであった。これまで、出芽酵母と哺乳類のオートファジー因子は非常によく保存されていることが知られているため、この新規因子の存在はオートファジーの進化を考える上で興味深いものである。この新規因子をAtg101と命名し、さらに解析を進めたとこと、Atg101は確かにオートファゴソーム形成に必須であり、アミノ酸飢餓時にULK1-Atg13-FIP200複合体とともにオートファゴソーム前駆膜に局在していることが明らかとなった。一方、このULK1複合体はオートファジーの非常に初期の隔離膜に局在していることから、オートファゴソーム形成部位のマーカーとしても利用できることが明らかとなった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)

【研究分野】食品科学

【研究領域課題番号】18658053 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミノ酸 / mTOR / 情報伝達 / IGFBP-1 / 転写因子 / PEPカルボキシキナーゼ / PEPCK / ATF / インスリン受容体 / ノックダウン / クロマチン免疫沈降法

【研究成果の概要】

昨年度の研究において、転写因子ATF-4およびボスファターゼPP1cのノックダウンがアミノ酸情報伝達を減弱させることを見いだした。本年度はこれらのさらに上流に位置する伝達経路の関与を明確にする目的で、mTOR経路の上流因子として最近見いだされたhvps34と、これを調節することが示唆されているp150に着目した。ノックダウン効率の検討では、HEK293細胞において、hvps34のmRNAレベルは約30%に、タンパク質レベルは約40%に減少した。一方HepG2においても同程度のノックダウン効率を得ることができた。何れの細胞株においても、p150のmRNAは約30%に減少した。アミノ酸によるmTORの下流にあるp70S6キナーゼのリン酸化はhvps34とp150の何れのノックダウンよっても大きく減弱した。これらのことから、各細胞におけるアミノ酸シグナルの認識にvps34が関わっていることを明らかにし、認識機構の全貌解明に本実験系が有効であることが示された。
一方、前年のDNAマイクロアレイによる解析で、ホスホエノールピルビン酸カルボキシキナーゼ(PEPCK)の遺伝子をアミノ酸欠乏に対する高応答遺伝子として見いだしたが、この遺伝子の上流域に既知のアミノ酸応答配列に類似した配列が存在することがわかった。この領域を含むレポーターベクターを作成し、転写因子ATF-3やATF-4と共発現させたところ、この領域がこれら因子によって強力な制御を受けていることが示された。このことから、PEPCKはこれまで用いてきたIGFBP-1同様にアミノ酸情報伝達を解析する上での有用なツールとして利用できることがわかった。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】18370084 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

オートファジー / インスリン / 糖尿病 / アミノ酸 / mTOR / FIP200 / ULK / ULK1

【研究成果の概要】

本課題ではオートファジーによる細胞内分解がどのように制御されるかについて、特に内分泌系に注目して解析を行うことを目的とした。まずオートファジーの生理的な制御機構を解析する目的で、栄養のマスターレギュレーターとして知られるタンパク質キナーゼmTORについて研究を行った。栄養飢餓時のmTORの不活性化を各臓器で調べたところ、各臓器のmTOR不活性化のタイミングはオートファジーの開始と非常に良く相関しており、実際生体内でもmTORがオートファジー制御に中心的役割を担っている可能性が示唆された。次にmTORの上流因子としてのインスリンの関与を、糖尿病モデルマウスを用いて調べた。その結果、ストレプトゾシン誘導性I型糖尿病モデルでは摂食時においてもオートファジーが誘導されることが観察され、それは心筋、骨格筋、肝で特に著明であった。また、この効果はインスリンと糖の投与について一部抑制可能であった。しかし、これらのマウスにおいても、絶食によってさらにオートファジーが誘導されるため、インスリンが主要なオートファジー制御因子ではあるものの、それ以外の因子の関与も示唆された。反対に、mTORの下流で機能するオートファジー制御因子として新規にFIP200というULK1結合因子を同定した。この因子はアミノ酸飢餓によって誘導されるオートファジー、および増殖因子の飢餓によって誘導されるオートファジーのいずれにも必要であることが判明した。この因子とmTORとの関連をさらに解析することによって、オートファジーの制御機構がより明らかにされることが期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】17,620千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 2,220千円)

【研究分野】食品科学・製品科学

【研究領域課題番号】12460054 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミノ酸 / 転写因子 / IGF結合タンパク質-1 / DNAマイクロアレイ / インスリン受容体 / mTOR / ロイシン / 翻訳調節因子 / IGF結合タンパク質 / フォークヘッド / 翻訳制御因子 / エチオニン / インスリンレセプター / 翻訳開始因子 / インスリン / IGFBP-1 / 糖尿病 / USF / HNF-3

【研究成果の概要】

インスリン様成長因子結合タンパク質I(IGFBP-1)の遺伝子転写制御を指標として、アミノ酸が遺伝子の発現を制御する機構を解析したところ以下の新知見が得られた。ロイシンによる同遺伝子の発現制御は、ワートマニンとラパマイシンに感受性の経路を介すること、ロイシンは細胞内で認識されること、核内外の転写因子の移動も重要であること、等である。これに関与する転写因子として、HNF-3ファミリー、FoxOファミリーを同定し、それらの遺伝子発現がタンパク質・アミノ酸依存性に変化することを明らかにした。IGFBP-1遺伝子プロモーターにはUSFも結合し、USFの量の変化もアミノ酸による転写制御に関わっていることもわかった。III型コラーゲン遺伝子の発現もアミノ酸に良く応答するが、グルタミンの作用が顕著であり、その効果はATP合成を必要とするものであることを示した。食餌タンパク質のアミノ酸バランスに応答する遺伝子をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析し、応答性遺伝子の全体像を明らかにした。インスリンの情報伝達機構は、タンパク質栄養の悪化により強められ、それは主にIRS-1のセリンリン酸化の減少とIRS-2遺伝子の発現によるものであることを初めて明らかにした。タンパク質の翻訳制御を標的とした一連の解析では、in vivoにおけるロイシンの作用には翻訳制御因子eIF4Eの活性制御がキーになっているが、骨格筋ではインスリンとは独立に、肝臓ではインスリン依存性に作用することがわかった。In vivoにおけるロイシンの作用もmTORのセリンリン酸化を介していることを証明した。さらにトリプトファンは肝臓特異的にeIF4Eに作用して翻訳を刺激すること、エチオニンはATP減少とmTOR活性低下を経て翻訳活性を抑制することなどもわかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】13,900千円 (直接経費: 13,900千円)