2016 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidatiaon of the role of KAT2A in the regualtion of energy metabolism
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15H04851
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| Research Institution | National Center for Global Health and Medicine |
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Principal Investigator |
松本 道宏 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, 研究所 糖尿病研究センター 分子代謝制御研究部, 部長 (90467663)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 代謝調節 / 転写 / 酵素 / エピゲノム修飾 / 肥満 / 糖尿病 / 肝臓 / 脂肪組織 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
肝細胞ならびに肝臓におけるKat2aの代謝調節における役割をin vivoおよびin vitroの急性の機能欠損実験／獲得実験、Kat2aとの分子間相互作用解析などにより検討した。Kat2aは絶食時の肝臓においてCITED2、PKAと共に3者複合体を形成し、これはcAMPによる糖新生系酵素遺伝子の発現誘導に必須のモジュールとして機能することを見いだした。本モジュールがcAMPを受容すると、活性化PKAによりKat2aがリン酸化され、アセチル化基質がPGC-1αからヒストンH3にスイッチした。この結果、PGC-1αの活性化と共に、転写活性化に必須のエピゲノム変化が誘導された。この統合的変化が糖新生系酵素遺伝子の転写を強く誘導すると考えられた。また糖尿病モデルマウスの肝臓における本複合体の形成阻害により高血糖が軽減したことから、本複合体は糖尿病の治療標的であることが示唆された。本成果はNature Communications 7:13147, 2016に掲載された。また、肝臓特異的Kat2a/全身性Kat2b二重欠損マウスを作製し、個体および初代培養肝細胞での表現型解析に着手した。
脂肪細胞におけるKat2aの役割を、脂肪細胞特異的欠損マウスを高脂肪食飼育下ならびに寒冷条件飼育下の代謝表現型解析により検討した。高脂肪食飼育下では通常食飼育下と同様、代謝表現型に対照と差を認めなかった。寒冷条件飼育下では、Kat2a欠損マウスの皮下脂肪組織におけるUCP-1の発現の減弱を認めた。同様の所見は脂肪細胞においてKat2a/2bを共に欠損するマウスでも認められたため、培養Kat2a欠損脂肪細胞等を用いてKat2aが皮下脂肪組織の褐色化に与える影響の解析に着手した。
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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
肝臓特異的Kat2a欠損マウスは対照と代謝表現型に差を認めず、Kat2bもしくは慢性的欠損による代償機転が想定された。そこで肝臓特異的Kat2a /全身性Kat2b二重欠損マウスを作製し、個体および初代培養肝細胞での表現型解析に着手した。また、ショートヘアピンRNA(shRNA)を用いて肝細胞における急性のKat2a欠損の影響等の検討を進めた。
Kat2aの機能欠損・機能獲得実験、分子間相互作用の解析から、cAMPによる糖新生系酵素遺伝子の転写誘導にKat2a-CITED2複合体の形成とKat2aのアセチル化酵素活性が不可欠であることが明らかとなった。
本複合体の作用機序を分子細胞生物学的手法により解析したところ、絶食時の肝臓でKat2a、CITED2、PKAは3者複合体を形成していた。本複合体がcAMPを受容すると、活性化PKAによりKat2aがリン酸化され、アセチル化基質がPGC-1αからヒストンH3にスイッチした。この結果、PGC-1αの活性化と共に、転写活性化に必須のエピゲノム変化が誘導された。この統合的変化が糖新生系酵素遺伝子の転写を強く誘導すると考えられた。また糖尿病モデルマウスの肝臓における本複合体の形成阻害により高血糖が軽減したことから、本複合体は糖尿病の治療標的であることが示唆された。本成果はNature Communications 7:13147, 2016に掲載された。
脂肪細胞におけるKat2aの役割を、脂肪細胞特異的欠損マウスを高脂肪食飼育下ならびに寒冷条件飼育下の代謝表現型解析により検討した。高脂肪食飼育下では対照と同様の表現型であったが、寒冷条件飼育下では、欠損マウスの皮下脂肪組織においてUCP-1の発現は減少していた。現在、培養Kat2a欠損脂肪細胞等においてKat2aのbrowningへの影響を解析中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
肝臓特異的Kat2a／全身性Kat2b二重欠損マウスの解析を進め、肝臓における慢性的なKat2ファミリーの欠損が代謝に及ぼす影響を明らかにする。２つのパラログが相補的に代謝調節に関与するのか、ないしはKat2ファミリーを欠いても他のアセチル化酵素が代償できるのかが明らかになると思われる。
肝細胞におけるKat2a・Kat2bのノックダウン系を用いて糖新生系遺伝子以外のkat2ファミリーの標的遺伝子の同定を行う。
脂肪細胞におけるKat2aの欠損がbrowningに及ぼす影響を脂肪細胞特異的Kat2a欠損マウスの皮下脂肪stroma-vascular分画より分化させて得られるKat2a欠損beige脂肪細胞の機能解析より明らかにする。Kat2aの欠損によりUCP-1の発現が抑制されることが確認されれば、その分子機構の解明を進める。UCP-1の発現誘導にはPGC-1αやPRDM16などの分子の関与が知られており、これらとKat2aとの相互作用を共沈実験などで検討する。またKat2a欠損がUCP-1プロモーターにおけるこれらの分子のリクルートに及ぼす影響をクロマチン免疫沈降アッセイなどで検討する予定である。またKat2aの欠損に対するKat2bの代償を想定し樹立した、脂肪細胞特異的Kat2a/全身性Kat2b二重欠損マウスの代謝表現型解析を推進すると共に、in vitroでKat2a/2b二重欠損脂肪細胞の解析も行う。
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[Journal Article] Proteomic analysis of serum biomarkers for prediabetes using the Long-Evans Agouti rat, a spontaneous animal model of type 2 diabetes mellitus.2017
Author(s)
Takahashi E, Unoki-Kubota H, Shimizu Y, Okamura T, Iwata W, Kajio H, Yamamoto-Honda R, Shiga T, Yamashita S, Tobe K, Okumura A, Matsumoto M, Yasuda K, Noda M, Kaburagi Y.
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Journal Title
J Diabetes Investig.
Volume: 印刷中
Pages: 印刷中
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Dietary Mung Bean Protein Reduces Hepatic Steatosis, Fibrosis, and Inflammation in Male Mice with Diet-Induced, Nonalcoholic Fatty Liver Disease.2017
Author(s)
Watanabe H, Inaba Y, Kimura K, Asahara SI, Kido Y, Matsumoto M, Motoyama T, Tachibana N, Kaneko S, Kohno M, Inoue H.
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Journal Title
J Nutr.
Volume: 147
Pages: 52-60
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The GCN5-CITED2-PKA module controls glucose metabolism through a cAMP-induced substrate switch.2016
Author(s)
Sakai M, Tsujimura-Hayakawa T, Yagi T, Yano H, Mitsushima M, Unoki-Kubota H, Kaburagi Y, Inoue H, Kido Y, Kasuga M, Matsumoto M
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Journal Title
Nat Commun.
Volume: 7
Pages: 13147
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] p38α activates purine metabolism to initiate hematopoietic stem/progenitor cell cycling.2016
Author(s)
Karigane D, Kobayashi H, Morikawa T, Ootomo Y, Sakai M, Nagamatsu G, Kubota Y, Goda N, Matsumoto M, Emi K. Nishimura8, Soga T, Otsu K, Suematsu M, Okamoto S, Suda T, Takubo K.
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Journal Title
Cell Stem Cell.
Volume: 9
Pages: 192-204
DOI
Peer Reviewed
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