様々な栄養状態におけるプロテアソームの新たな分子集合機構の解明

• Project/Area Number: 22K11816
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59040:Nutrition science and health science-related
• Research Institution: Suzuka University of Medical Science
• Principal Investigator: 棚橋 伸行 鈴鹿医療科学大学, 保健衛生学部, 教授 (30511927)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: プロテアソーム / 分子集合 / ユビキチン / タンパク質分解 / 栄養状態

Outline of Research at the Start

飢餓時にアミノ酸プールの恒常性を維持する為には活発にタンパク質を分解してアミノ酸を供給する必要があり、この分解を担う系がオートファジー・リソソーム系である。しかし、近年になってユビキチン・プロテアソーム系もアミノ酸プールの恒常性維持に重要であることが示されているが、その分子機序はほとんど明らかになっていない。本研究では、全身の臓器に各種のエネルギー源を供給する肝臓と相反してエネルギー消費の主役を担う脳に着目 して、栄養応答とストレス応答の両観点から、プロテアソームの発現・機能・分子構成、その動態及びそれらを制御調節しているシグナル伝達系の同定などついて動物系を用いて解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

プロテアソームによるアミノ酸プールの恒常性維持に関与する分子機序を解明するために、2022年度は、脂質は一定にしてタンパク質と炭水化物の割合を変化させた4種類の餌と通常使用している餌:コントロール（CE-2）を2、6ヶ月間マウスに摂取させ、各餌の血液、肝臓、腎臓、脳を採取した。4種の餌は、総カロリーは同じにして、タンパク質の割合は5%、19%、33%、60%タンパク質で調整した。各餌で飼育した2ヵ月、6ヵ月マウスの肝臓と脳の粗抽出液におけるプロテアソーム、その活性化因子及びシグナル伝達因子のタンパク質の発現を解析した。2023年度は、各餌で飼育した2カ月、6ヵ月マウスの肝臓と脳の抽出液を用いて分子篩クロマトグラフィーに展開し、各分画のプロテアソーム活性とプロテアソームを形成するサブユニットの動態変動を解析した。

解析した結果
１）肝臓において、2カ月はコントロールに比べ、タンパク質の割合が増加すると26Sプロテアソームと20Sプロテアソームの活性が低下した。一方、6ヵ月の26Sプロテアソームの活性はコントロールと4種類の餌で大きな変動が認められなったが、20Sプロテアソームの活性は高たんぱく含量の餌で低下した。
2）脳において、2カ月はコントロールに比べ、5％タンパク質、19%タンパク質、33%タンパク質の餌で26Sプロテアソームの活性が増加し、60%タンパク質の餌は、コントロールとほとんど同活性であった。また、19%及び33%タンパク質の餌では20Sプロテアソームの活性も増加した。一方、6ヵ月の26Sプロテアソームの活性はコントロールと4種類の餌で大きな変動が認められなったが、20Sプロテアソームの活性はタンパク質の割合が増加すると20Sプロテアソームの活性が低下した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

各餌で飼育した2カ月、6ヵ月マウスの肝臓と脳の抽出液を用いて分子篩クロマトグラフィーに展開し、各分画のプロテアソーム活性とプロテアソームを形成するサブユニットの動態変動について研究を進める予定であった。

現時点は、１）肝臓と脳のプロテアソーム活性の結果に関して再現性が認められた。２）プロテアソームを形成するサブユニットの動態まで解析が進んでない。

Strategy for Future Research Activity

１）クロマトグラフィーに展開した分画の試料を用いてサブユニットの動態を解析をする。
２）4週齢及び24週齢のマウスを12、24，48，72時間の絶食状態と給餌状態で飼育した後、肝臓及び脳を採取し、次の研究を行う。
（a）プロテアソームのサブユニットの動態の解析：各粗抽出液をクロマトグラフィーにて分画し、その分画を用いてプロテアソームを形成する各サブユニット群の動態をウエスタンブロット法で解析する。
（b）プロテアソームの分子集合に関わるタンパク質の制御機構：粗抽出液を用いてプロ テアソームの発現を制御するmTORシグナル伝達経路による増殖シグナル系とFOXOシグナル伝達経路におけるストレス耐性系に関与する因子の遺伝子とタンパク質の発現変動をReal time PCR法やウエスタンブロット法で解析する。