2017 Fiscal Year Annual Research Report
代謝シグナルの流れにより変化するエピゲノムと生活習慣病の関連性の解明
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15H05647
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| Research Institution | The University of Tokushima |
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Principal Investigator |
上番増 喬 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学系), 特任助教 (10581829)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 代謝 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞は外部の環境の影響を受け、その機能を制御している。外部環境により変化する細胞内の低分子代謝産物は、エピゲノム修飾の変化等を介して遺伝子発現を制御し、細胞の分化・増殖や癌化および機能の制御に関与している。本実験では、細胞内の栄養素等の低分子代謝産物が細胞の機能や、機能を調節する上で重要な遺伝子発現に及ぼす影響を明らかにするために、ケトン体を含む低栄養状態に応じて産生の増加する代謝産物と、それによる細胞への影響に着目した。
肝細胞、線維芽細胞、腎臓由来細胞、腸管上皮細胞等の様々な細胞におけるケトン体合成量を検討した結果、それぞれの細胞種において、ケトン体の合成と利用、そのバランスにより制御される細胞内・外のケトン体濃度が異なっている事が明らかとなった。ケトン体の一つであるbeta-hydroxybutyrateは細胞の分化・増殖を調節するbutyrateと類似した構造を有し、同様の作用を有することが報告されている。そこで、ケトン体濃度の調節のされ方を検討した結果、ケトン体濃度は、各細胞におけるケトン体代謝関連酵素の発現量の違いと、ケトン体輸送担体の機能の違いにより調節されていることが示唆された。ケトン体合成酵素の発現の高い細胞ではケトン体酸化に関する酵素の発現が低いこと、加えて、特に、細胞内・外のケトン体濃度は、外部の栄養環境の違いにより、能動的に制御されることを見出した。細胞内・外のケトン体輸送担体の詳細な機能解析を行うことで、ケトン体のような低分子化合物の代謝の流れを理解することが可能になると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
低分子代謝産物の代謝の流れとその細胞機能における役割を理化するために、ケトン体代謝をモデル系として研究を進めている。ケトン体代謝の調節機構がケトン体代謝関連酵素の発現量の違いと、ケトン体輸送担体の機能の違いにより調節されていることを示唆する結果が得られたため、ケトン体輸送担体の機能について検討している。ケトン体輸送担体はケトン体以外の他の低分子化合物も輸送するため、結果の解釈が困難であり、実験方法に工夫が必要である。そこで、タンパク質の網羅的解析など、別の手法を用いて解析を試みたが、有力な情報は得られなかった。現在、細胞系で輸送担体の機能欠損を検討するために研究材料を作成している。
動物実験においては、予定していたケトン体合成酵素の過剰発現では、細胞内のケトン体濃度を簡便に制御することができないことがわかったため、別のケトン体代謝酵素の欠損マウスの解析の準備を始めている。これから、ケトン体の代謝過程が細胞機能へ及ぼす影響について解析する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
ケトン体の細胞内・外の濃度が厳密に調節されている細胞モデルを発見した。この細胞モデルを用いて、ケトン体輸送担体の機能欠損やケトン体代謝酵素の機能欠損、過剰発現等による代謝の流れの異常が生じた際の細胞のふるまいについて検討していく。現在、機能欠損のための研究材料としてウィルスを用いた、外来遺伝子導入システムを構築し、実験の準備を進めている。また、代謝動態を把握するためにキャピラリー電気泳動・質量分析システムを用いる予定である。
動物実験においては、ケトン体代謝酵素の欠損マウスを作出し、代謝の流れの異常が生じた際の組織レベル、生体レベルで生じる影響について解析する。加えて、単離細胞を用いて、細胞レベルでの解析も予定している。
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