A novel mechanism of nutritional stress resistance during protein deficiency mediated by soluble leptin receptor
| Project/Area Number |
23K23558
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| Project/Area Number (Other) |
22H02291 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38050:Food sciences-related
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| Research Institution | Meiji University |
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Principal Investigator |
竹中 麻子 明治大学, 農学部, 専任教授 (40231401)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000)
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| Keywords | タンパク質欠乏 / レプチン / 可溶性レプチン受容体 / leptin receptor / Ob-R / soluble Ob-R / protein deficiency |
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| Outline of Research at the Start |
我々は、タンパク質欠乏時に肝臓のレプチン受容体（Ob-R）遺伝子発現が増加し、生成したOb-Rの細胞外ドメインが切り出されて可溶性Ob-R（sOb-R）となり、血中濃度が顕著に増加することを発見した。sOb-Rは血中でレプチンと結合し、レプチンの食欲抑制作用や脂質低下作用を制御すると予想される。そこで本研究では、タンパク質欠乏時に肝臓Ob-R発現が増加する機構について、転写因子ATF4、レプチンおよび成長ホルモンシグナルによる制御の可能性を検討する。さらに、野生型、ob/ob、db/dbマウスへのレプチン投与実験を行い、タンパク質欠乏時のsOb-R増加がレプチン作用に及ぼす影響を解析する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
１. タンパク質欠乏時の肝臓Ob-R遺伝子発現増加機構を明らかにする―レプチンの関与の検討：レプチン作用を欠くdb/dbマウスではタンパク質欠乏時に肝臓Ob-R mRNAおよび血中sOb-Rが増加しなかったことから、血中sOb-R発現増加にはレプチン作用が必要である可能性が示された。そこで肝臓培養細胞H4IIEを用いて、レプチン添加とアミノ酸欠乏がOb-R mRNA量に及ぼす影響を解析した。その結果、培地からのアミノ酸の除去、レプチン（10-100ng/mL）の添加いずれもOb-R mRNA量に影響を及ぼさなかった。レプチン存在下におけるアミノ酸欠乏がOb-R mRNA量に及ぼす影響は現在検討中であるが、肝培養細胞ではアミノ酸欠乏による肝臓Ob-R発現増加が生じない可能性が高い。
また、タンパク質欠乏によるOb-R発現増加が肝実質細胞ではなく非実質細胞で生じる可能性を検討する目的で、肝臓から実質細胞と非実質細胞を分離する実験に着手している。
２. 血中sOb-R増加がレプチンの活性に及ぼす影響を明らかにする―レプチンの炎症に及ぼす影響の解析：肝臓のレプチン作用として、感染時の炎症応答促進が報告されている。そこで、タンパク質欠乏による血中sOb-R増加が炎症応答に及ぼす影響を解析した。2023年度はC57BL/6マウスにタンパク質含量20%の対照食あるいは1%の低タンパク質食を与え、LPS投与（1mg/lg体重）の有無で炎症マーカーの遺伝子発現等を解析した。その結果、LPS投与による炎症はタンパク質欠乏の影響を受けなかったが、LPS応答性を担うCD14 mRNA量がタンパク質欠乏により増加し、タンパク質欠乏は感染時の炎症惹起を促進する可能性が示された。血中sOb-Rが増加しないob/obマウス、db/dbマウスを用いた解析を継続して行ない、結果を比較検討する予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
タンパク質欠乏による肝臓Ob-R発現増加機構として、アミノ酸の不足が直接肝細胞のOb-R mRNA量を増加させるのではない可能性を強く示した。この結果から、動物のタンパク質欠乏で肝臓Ob-R発現が増加する機構として、肝臓実質細胞以外の細胞がタンパク質欠乏に応答してOb-R発現を増加させる可能性、他臓器から分泌されるホルモン等の作用を介してOb-R発現が増加する可能性、の2つをさらなる検討課題とした。
1つ目の可能性については、肝臓から実質細胞と非実質細胞を分離し、タンパク質欠乏によるOb-R発現増加がどちらの細胞で生じるかの検討を継続する。2つ目の可能性については、タンパク質欠乏時のOb-R遺伝子発現制御が成長ホルモンの制御下で生じる可能性を見いだしたため、この検証を進める。
タンパク質欠乏で増加するOb-Rの生理的意義については、LPS投与による炎症応答はタンパク質欠乏時にも顕著な影響を受けないことを明らかにした。これが血中sOb-R増加によるものなのかを明らかにする目的で、タンパク質欠乏で血中sOb-Rが増加しないob/obマウス、db/dbマウスを用いた解析を継続して進める。さらに、腹腔に投与するレプチンの作用にsOb-Rが及ぼす影響については、血中sOb-Rが増加しない肝臓特異的Ob-Rノックアウトマウスを用いて検討を進めている。
全体として、当初の計画から変更した部分があるが、目的に沿った検討が順調に進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
１.タンパク質欠乏時の肝臓Ob-R遺伝子発現増加機構を明らかにする
1)発現に性差があるマウス肝臓遺伝子のリスト（Molecular and Cellular Biology 32:4, 880-896, 2012）で、Ob-Rは成長ホルモンシグナル伝達因子STAT5依存性の遺伝子に分類されている。タンパク質欠乏時には成長ホルモン抵抗性が生じるため、これがOb-R発現増加に関与する可能性が考えられた。そこで対照群あるいはタンパク質欠乏群のマウスのOb-R mRNA量、STAT5リン酸化、STAT5リン酸化を制御するSOCS2 mRNA量を解析し、Ob-R mRNA量とSTAT5シグナルが一致して変化するかを解析する。さらに、Ob-Rプロモーター領域へのSTAT5結合量活性が低タンパク質食で変化するかどうかを検討する。 2)タンパク質欠乏によるOb-R発現増加が肝実質細胞、非実質細胞どちらで生じるのかを引き続き検討する
２. 血中sOb-R増加が投与レプチンの活性に及ぼす影響を明らかにする
1）対照群あるいはタンパク質欠乏群のマウスにレプチンを投与し、レプチン作用がタンパク質欠乏で変化するかを解析する。同様の実験を肝臓特異的Ob-Rノックアウトマウス（血中sOb-R供給源がない）で行い、タンパク質欠乏による投与レプチン作用の変化が血中sOb-R増加によるものであるかを明らかにする。ノックアウトマウスは、Lepr floxマウスと肝臓特異的Creマウスを掛け合わせて作成に着手している。 2）対照群あるいはタンパク質欠乏群のラット血清を採取する。この血清を添加した培地でレプチン標的細胞（神経細胞）を培養し、レプチン処理時のOb-R下流のシグナル伝達因子の活性化（JAK-STATシグナル伝達因子のリン酸化、標的遺伝子の発現）がタンパク質欠乏時の血清添加で変化するかを解析する。
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Report
(2 results)
Research Products
(9 results)
