骨格筋におけるO-GlcNAc修飾の糖代謝に与える影響

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K09744
• Research Institution: Shiga University of Medical Science
• Principal Investigator: 森野 勝太郎 滋賀医科大学, 医学部, 助教 (90444447)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 今村 武史 鳥取大学, 医学部, 教授 (00552093)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 骨格筋 / AMPキナーゼ / 加齢

Outline of Annual Research Achievements

O-GlcNAc修飾は、ブドウ糖の代謝により生成されたFructose-6-phosphateの一部がヘキソサミン生合成経路に流入後の代謝産物であるUDP-GlcNAcを基質とし、O-GlcNAc transferase（OGT）によりserine/threonine残基に付加される修飾である。O-GlcNAc修飾の骨格筋における役割を検討するために骨格筋特異的Ogtノックアウトマウス（Ogt-MKO)を用いて検討した。運動負荷を行うと、対照群に比してOgt-MKOは有意に運動後の血糖が低値であり、運動後にAMPKと基質であるACCのリン酸化が亢進していた。さらにAMPK活性化剤であるAICARの腹腔内投与によりOgt-MKOでは顕著な血糖低下を来した。Ogt-MKOでAMPK蛋白発現が増加しており、これがAMPK活性化の機序と考えられた。
Ogt-MKOは高脂肪食摂取下の体重増加の抑制、空腹時血糖低値および血清インスリン低値を示した。高脂肪食負荷後の糖負荷試験や高インスリングルコースクランプ法でインスリン感受性が亢進していた。本モデルでもAMPK蛋白発現が増加していた。
また、12-13週齢の加齢状態でも体重増加が抑制されており、AMPK蛋白発現が増加していた。
C2C12筋細胞においてOgtをsiRNAでノックダウンさせたところ、培養細胞においてもAMPK蛋白発現が増加しており、ブドウ糖取り込みも亢進している事が確認された。
以上より、骨格筋においてO-GlcNAc修飾はブドウ糖取り込みの量を感知する栄養センサーとしての役割を担っており、その欠損はAMPKを介した代償性の糖取り込み増加を来すことが示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

韓国との国際共同研究で、12-13週齢のマウスを検討する必要があったため、やや遅れを呈していた。

Strategy for Future Research Activity

ヒトiPS細胞を用いたOgtノックダウンによるファイバータイプへの影響について検討予定である。ノックアウトマウスやC2C12培養細胞で得られた知見がヒトに外挿できるかを検討すため、ヒトiPS細胞で検証する。我々は既にiPS 細胞を高率に骨格筋へ分化分化する事を確認してい。OgtをsiRNAでノックダウンした後に、骨格筋分化マーカー、ミトコンドリア量、AMPKタンパク量、代謝フラックスについて検討予定である。また、細胞を高血糖などの過栄養条件に暴露させて際のOgtの役割についても検証したいと考えている。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Gachon University(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: Gachon University
• [Journal Article] Lack of O-GlcNAcylation enhances exercise-dependent glucose utilization potentially through AMP-activated protein kinase activation in skeletal muscle (2018)
  • Author(s): Murata Koichiro、Morino Katsutaro、Ida Shogo、Ohashi Natsuko、Lemecha Mengistu、Park Shi-Young、Ishikado Atsushi、Kume Shinji、Choi Cheol Soo、Sekine Osamu、Ugi Satoshi、Maegawa Hiroshi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 495 Pages: 2098～2104
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.12.081
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Diverse metabolic effects of O-GlcNAcylation in the pancreas but limited effects in insulin-sensitive organs in mice (2017)
  • Author(s): Ida Shogo、Morino Katsutaro、Sekine Osamu、Ohashi Natsuko、Kume Shinji、Chano Tokuhiro、Iwasaki Kanako、Harada Norio、Inagaki Nobuya、Ugi Satoshi、Maegawa Hiroshi
  • Journal Title: Diabetologia Volume: 60 Pages: 1761～1769
  • DOI: 10.1007/s00125-017-4327-y
• [Presentation] Lack of O-GlcNAcylation Enhances Exercise-Dependent Glucose Utilization through Amp Kinase Activation in Skeletal Muscle (2017)
  • Author(s): KOICHIRO MURATA, KATSUTARO MORINO, SHOGO IDA, NATSUKO OHASHI, HIROTAKA IWASAKI, MENGISTU LEMECHA SHUKARE, OSAMU SEKINE, SHINJI KUME, SHI YOUNG PARK, CHEOL SOO CHOI, SATOSHI UGI, HIROSHI MAEGAWA
  • Organizer: American Diabetes Association 77th
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 骨格筋におけるO-GlcNAc修飾の低下はAMPK活性化を介して糖利用の亢進をもたらす (2017)
  • Author(s): 村田 幸一郎、森野勝太郎、井田昌吾、大橋夏子、岩﨑広高、Mengistu Lemecha Shukare、関根 理、久米真司、卯木 智、前川 聡
  • Organizer: 日本糖尿病学会年次学術集会 第60回
• [Presentation] Global and tissues-specific Ogt deletion revealed various effects of O-GlcNAcylation in glucose metabolism (2017)
  • Author(s): S. Ida, K. Morino, N. Ohashi, O. Sekine, S. Kume, K. Iwasaki, N. Harada, N. Inagaki, S. Ugi, H. Maegawa
  • Organizer: Annual Meeting of the European Association for the Study of Diabetes (53rd)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comprehensive Analysis to Reveal Physiological Role of O-GlcNAcylation in Glucose Metabolism by Using Tissue-Specific Ogt Knockout Mice (2017)
  • Author(s): SHOGO IDA, KATSUTARO MORINO, OSAMU SEKINE, NATSUKO OHASHI, SHINJI KUME, KANAKO IWASAKI, NORIO HARADA, NOBUYA INAGAKI, SATOSHI UGI, HIROSHI MAEGAWA,
  • Organizer: American Diabetes Association 77th
  • Int'l Joint Research