リアルタイム解析法を用いたインスリンによる糖輸送促進機構の解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13470226
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 岡 芳知 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (70175256)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 檜尾 好徳 東北大学, 医学部附属病院, 助手 (10282071) ; 平井 完史 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (80312578) ; 片桐 秀樹 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (00344664)
• Keywords: インスリン / 糖輸送 / 糖尿病 / GLUT4 / acyl-coenzyme A dehydrogenase / PKC / PDK1 / シグナル伝達

Research Abstract

インスリンによる糖輸送促進は細胞内の糖輸送担体GLUT4を細胞膜で働くように呼び出すトランスロケーション機構によるが、糖尿病患者ではインスリンからGLUT4へのシグナル伝達が障害され、細胞膜にGLUT4が十分動員されない。本研究ではこの分子機構を明らかにすることを目的としている。研究のひとつは、インスリン受容体から下流へのアプローチである。PI3kinaseの活性化が重要なことにはコンセンサスが得られているが、その下流については意見が分かれている。PKCの中から、PKCα(conventional PKC)、PKCδ(novel PKC)、PKCλとζ(atypical PKC)を取り上げ、その常時活性型、あるいはdominant negative型を作製し、3T3-L1脂肪細胞に導入発現させ、インスリンによる糖輸送促進効果を検討した。その結果、いずれのPKCアイソフォームでも、インスリンによる糖輸送促進効果には明確な影響はなく、少なくとも3T3-L1脂肪細胞におけるインスリンによる糖輸送促進機構では、いずれのPKC isoformも重要な役割を果たしてはいないと結論した。また、PI3kinaseの下流の分子として注目されているPDK1についても、そのdominant negative型の発現ではインスリンによる糖輸送促進効果を抑制できなかった。研究のもうひとつの成果は、GLUT4を含む細胞内小胞の細胞膜への移動・融合というトランスロケーション・ステップに焦点を当て、GLUT4小胞蛋白IRAP(insulin responsive aminopeptidase,別名gp165)のdi-leucineモチーフを含むN端部分と結合する蛋白として、acyl-coenzyme A dehydrogenaseを同定したことである。これが、"GLUT4 retension protein"であるかの解析をさらに進めた。また、GLUT4C端に蛍光シグナル(eGFP)を付与した分子を3T3-L1細胞内に発現させ、リアルタイムで追跡した。その結果、GLUT4の細胞内プールである核周囲部位から細胞膜まで直線的に同じ速度で動くのではなく、途中で一時的に静止して方向を変えることが観察された。これは、GLUT4がインスリンによる細胞膜への移動において、細胞骨格を「乗り換える」ことを示唆している。

Research Products

• [Publications] Katagiri H, Asano T, Yamada T, Aoyama Y, Fukushima Y, Kikuchi M, Kodama T, Oka Y: "Acyl-coenzyme A dehydrogenases are localized on GLUT4-containing vesicles via association with insulin-regulated aminopeptidase in a manner dependent on its di-leucine motif"Mol Endocrinol. 16. 1049-1059 (2002)
• [Publications] Yamada T, Katagiri H, Asano T, Tsuru M, Inukai K, Ono H, Kodama T, Kikuchi M, Oka Y: "Role of PDK1 in insulin signaling pathway for glucose metabolism In 3T3-L1 adipocytes"Am J Physiol. 282. E1385-E1394 (2002)
• [Publications] Tsuru M, Katagiri H, Asano T, Yamada T, Ohno S, Ogihara T, Oka Y: "Role of protein kinase C isoforms in glucose transport in 3T3-L1 adipocytes-insignificance of atypical PKC"Am J Physiol. 283. E338-E345 (2002)
• [Publications] Shojima N, Sakoda H, Ogihara T, Fujishiro M, Katagiri H, Anai M, Onishi Y, Ono H, Inukai K, Abe M, Fukushima Y, Kikuchi M, Oka Y, Asano T: "Humoral regulation of resistin expression in 3T3-L1 and mouse adipose cells"Diabetes. 51. 1737-1744 (2002)
• [Publications] Yujiri T, Ware M, Widmann C, Oyer R, Russell D, Chan E, Zaitsu Y, Clarke P, Tyler K, Oka Y, Fanger GR, Henson P, Johnson GL: "MEK kinase 1 gene disruption alters cell migration and c-Jun NH2-terminal kinase regulation but does not cause a measurable defect in NF-kappa B activation"Proc Natl Acad Sci USA. 97. 7272-7277 (2002)
• [Publications] Yujiri T, Nawata R, Takahashi T, Sato Y, Tanizawa Y, Kitamura T, Oka Y: "MEK kinase 1 interacts with focal adhesion kinase and regulates insulin receptor substrate-1 expression"J Biol Chem. 278. 3846-3851 (2003)