GLUT4一分子動態に基づくインスリン抵抗性の詳細な分子基盤の定量的解明

• Project/Area Number: 09J09563
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Metabolomics
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 畠山 裕康 東北大学, 大学院・医工学研究科, 助教
• Project Period (FY): 2009 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥3,700,000 (Direct Cost: ¥3,700,000); Fiscal Year 2012: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2011: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2010: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2009: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 糖輸送体 / イメージング / インスリン / 一分子イメージング

Research Abstract

本研究課題は、2011年3月の東日本大震災への対応により研究期間が一年延長され、本年度が最終年度となった。昨年度までに、3T3L1脂肪細胞に存在するGLUT4の繋留機構とインスリンによる解放作用を見出し、それぞれVps10pソーティングレセプターであるsortilinとインスリンシグナル伝達下流で活性が調節されるRabGAPであるAS160が必須であることを見出してきた。そして、GLUT4輸送システムの未成熟な3T3L1繊維芽細胞にこれら二つのタンパク質を発現させることで、成熟したGLUT4輸送システムを再構成したモデル細胞を構築できることを発見した。本年度は、GLUT4輸送を調節するもう一つの重要なRabGAPであるTbc1d1の作用について、モデル細胞を用いて詳細に解析した。その結果、Tbc1d1発現細胞ではAS160発現細胞と異なりインスリンに応答してGLUT4を繋留から解放させる作用は示されず、一方でAMPK活性化刺激によってGLUT4解放が誘導された。AMPK活性化刺激を除くとGLUT4は再繋留されるが、ここにインスリン刺激を行うと、興味深いことに再繋留されたGLUT4は顕著に解放された。また、インスリン刺激のみを与えた細胞に、続いてケイジドカルシウム試薬の光活性化によって細胞内カルシウム濃度上昇を与えると、GLUT4の解放が観察された。すなわち、上記のような逐次・複合刺激を行うことによって、Tbc1dlのGLUT4輸送調節様式が遷移し、インスリン応答性を獲得できることを見出した。このような過程はTbc1d1のN末に存在するPTB領域に依存し、この領域に存在する肥満関連変異ではインスリン応答性の獲得が選択的に失われていた。このTbc1d1の調節様式遷移が運動効果(運動によるインスリン作用の向上)や病態と関連する可能性を示唆する。

Research Products

• [Journal Article] Regulatory mode shift of Tbc1d1 is required for acquisition of insulin-responsive GLUT4 trafficking activity. (2013)
  • Author(s): Hatakeyama H. & Kanzaki M.
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 24 Issue: 6 Pages: 809-817
  • DOI: 10.1091/mbc.e12-10-0725
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular basis of insulin-responsive GLUT4 trafficking systems revealed by single molecule imaging (2011)
  • Author(s): Hatakeyama H., Kanzaki M.
  • Journal Title: Traffic Volume: 12 Issue: 12 Pages: 1805-1820
  • DOI: 10.1111/j.1600-0854.2011.01279.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of three distinct functional sites of insulin-mediated GLUT4 trafficking in adipocytes using quantitative single molecule imaging (2010)
  • Author(s): Fujita T., et al.
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 21 Pages: 2721-2731
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SNARE conformational changes that prepare vesicles for exocytosis (2010)
  • Author(s): Takahashi N., et al.
  • Journal Title: Cell Metabolism Volume: 12 Pages: 19-29
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Palmitate-induced down-regulation of sortilin and impaired GLUT4 trafficking in C2C12 myotubes (2010)
  • Author(s): Tsuchiya Y., et al.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 285 Pages: 34371-34381
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of contraction-inducible CXC chemokines and their roles in C2C12 myocytes. (2009)
  • Author(s): Nedachi T.
  • Journal Title: Am.J.Physiol.Endocrinol.Metab. 294 Pages: 866-878
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Different impacts of saturated and unsaturated free fatty acids on COX-2 expression in C2C12 myotubes. (2009)
  • Author(s): Kadotani A.
  • Journal Title: Am.J. Phyiol.Endocrinol.Metab. 297 Pages: 1291-1303
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 一分子計測に基づく 細胞内輸送システムの定量計測 (2013)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第3回Vivid Workshop
  • Place of Presentation: 山代温泉
  • Year and Date: 2013-02-21
• [Presentation] Unique regulatory mechanism of Tbc1d1 RabGAP in GLUT4 trafficking revealed by single molecule imaging of GLUT4 behavior. (2012)
  • Author(s): Hatakeyama H.
  • Organizer: merican Society for Cell Biology 51st Annual Meetin
  • Place of Presentation: アメリカ・サンフランシスコ
  • Year and Date: 2012-12-18
• [Presentation] 糖輸送体GLUT4の一分子イメージングにより解明した輸送調節機構とその障害 (2012)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第30回内分泌代謝学サマーセミナー
  • Place of Presentation: 伊香保
  • Year and Date: 2012-07-12
• [Presentation] Characterization of unique regulatory mechanism of Tbc1d1 in GLUT4 trafficking by single molecule analysis of GLUT4 behavior. (2012)
  • Author(s): Hatakeyama H.
  • Organizer: American Diabetes Association's 72nd Scientific Session
  • Place of Presentation: アメリカ・フィラデルフィア
  • Year and Date: 2012-06-08
• [Presentation] GLUT4輸送調節におけるAS160とTbc1d1の作用点とその分子機序 (2012)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第55回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2012-05-19
• [Presentation] Distinct roles of two Rab GAPs, AS160/Tbc1d4 and Tbc1d1, in intracellular GLUT4 trafficking analyzed by single molecule imaging of GLUT4 behavior (2011)
  • Author(s): Hatakeyama H.
  • Organizer: American Society for Cell Biology 51st Annual Meeting
  • Place of Presentation: アメリカ・デンバー
  • Year and Date: 2011-12-06
• [Presentation] 細胞内輸送の新現定量解析系を用いたインスリン応答性GLUT4輸送システムの分子基盤解析 (2011)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] Critical roles of sortllin in GLUT4 trafficking systems and insulin resistant state revealed by single molecule imaging of GLUT4 behavior (2011)
  • Author(s): Hatakeyama H.
  • Organizer: FASEB Summer Research Conference-Glucose Transporters, Signaling, and Diabetes
  • Place of Presentation: アメリカ・スノーマス
  • Year and Date: 2011-08-15
• [Presentation] Impaired Biogenesis of the Insulin-responsive GLUT4 Storage Compartment under Insulin Resistance Revealed by Single Molecule Imaging (2011)
  • Author(s): Hatakeyama H.
  • Organizer: American Diabetes Association's 71st Scientific Session
  • Place of Presentation: アメリカ・サンディエゴ
  • Year and Date: 2011-06-24
• [Presentation] 一分子動態計測系に基づくインスリン応答性GLUT4輸送システムの分子基盤解析 (2011)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第54回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2011-05-19
• [Presentation] Roles of sortilin-mediated retrograde trafficking in insulin-responsive GLUT4 trafficking systems analyzed with single molecule imaging of GLUT4 behavior (2010)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第50回米国細胞生物学会年次学術集会
  • Place of Presentation: フィラデルフィア、アメリカ
  • Year and Date: 2010-12-12
• [Presentation] Qdotを用いた細胞内GLUT4輸送システムの定量的解析 (2010)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第3回細胞機能可視化研究会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Molecular basis of static GLUT4 storage compartment formation in 3T3-L1 adipocytes revealed by Quantum dot-based quantitative single molecular imaging (2010)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第70回米国糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: オーランド、アメリカ
  • Year and Date: 2010-06-25
• [Presentation] GLUT4-分子動態追跡系を用いたGLUT4 storage compartment形成機構の定量解析 (2010)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 第53回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2010-05-28
• [Presentation] Quantitative analysis of GLUT4 storage compartment formation in 3T3-L1 adipocytes with Quantum dot-based single molecular imaging (2009)
  • Author(s): Hatakeyama H.
  • Organizer: American Society of Cell Biology 49th Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2009-12-08
• [Presentation] Qdotを用いた3T3-L1脂肪細胞におけるGLUT4一分子動態の定量解析 (2009)
  • Author(s): 畠山裕康
  • Organizer: 新学術領域「細胞内ロジスティクス」第1回班会議
  • Place of Presentation: 沖縄
  • Year and Date: 2009-11-10