2018 Fiscal Year Annual Research Report
加齢性疾患サルコペニアと転写因子Nrf1によるタンパク質恒常性維持の破綻の相関
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18J20672
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| Research Institution | Doshisha University |
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Principal Investigator |
畠中 惇至 同志社大学, 生命医科学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | 転写制御 / トランスクリプトーム解析 / 恒常性 / ミトコンドリア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
サルコペニアとは加齢に伴って筋肉量が減少する疾患であり、その発症による身体機能の低下がさらに筋肉量を減少させるという悪循環に陥る。つまりサルコペニアの克服のためには、発症初期に筋肉量の減少をいかに抑えるかが重要なポイントである。しかしながら、サルコペニアの発症機構の詳細は未だ明らかにされておらず、さらには研究に有用なモデルマウスも少ないのが現状である。そのような現状において、申請者が作製した骨格筋特異的Nrf1ノックアウト（Nrf1MKO）マウスはサルコペニア様病態を呈することを明らかにした。そこで本研究では、Nrf1とサルコペニアとの関連を明らかにすることを目的とする。2018年度は以下の2点について解析し、明らかにすることができた。
（１）Nrf1の標的遺伝子候補を同定するトランスクリプトーム解析
Nrf1が制御する標的遺伝子候補を網羅的に同定するため、ChIP-seq解析とマイクロアレイ解析を行い、そのデータからNrf1が直接制御する可能性のある標的遺伝子候補を複数同定することができた。
（２）Nrf1によるミトコンドリア恒常性に関わる遺伝子の発現制御
前項で同定した標的遺伝子候補から、GABARAPL1に着目した。GABARAPL1は、エネルギー産生をおこなうミトコンドリアの恒常性維持機構である、マイトファジーに関わると考えられている。ChIP-qPCR解析およびNrf1をノックダウンした際の発現変動から、GABARAPL1がNrf1により直接制御されていることを明らかにした。
これらの成果は当初の研究計画とは異なるものの、大きな展開をもたらしている。
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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
（１）Nrf1の標的遺伝子候補を同定するトランスクリプトーム解析
Nrf1が制御する標的遺伝子候補を網羅的に同定するため、ChIP-seq解析とマイクロアレイ解析を行い、そのデータからNrf1が直接制御する可能性のある標的遺伝子候補を複数同定することができた。ChIP-seq解析ではNrf1が結合したゲノム領域を抗Nrf1抗体により濃縮し、次世代シークエンスによりその配列を同定した。これまで明らかにされていたプロテアソーム構成遺伝子近傍にNrf1結合領域が同定されたことから、本解析が成功していることが確認できた。またマイクロアレイ解析ではプロテアソーム阻害剤でNrf1を安定化させた条件において、Nrf1依存的に発現変動する遺伝子群を同定した。これらの解析結果を統合し、Nrf1がプロテアソーム構成遺伝子のみならず、細胞の恒常性維持に関わる遺伝子を制御している可能性を見出した。
（２）Nrf1によるミトコンドリア恒常性に関わる遺伝子の発現制御
前項で同定した標的遺伝子候補から、GABARAPL1に着目した。GABARAPL1はミトコンドリアの恒常性維持機構であるマイトファジーに関わると考えられている。また、ミトコンドリアはエネルギー産生をおこなう細胞小器官であり、常にエネルギーを必要とする骨格筋においてミトコンドリアは重要である。ChIP-qPCR解析およびsiRNAを用いてNrf1をノックダウンした際の発現変動から、GABARAPL1がNrf1により直接制御されていることを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）Nrf1によるミトコンドリア恒常性維持機構についての精査
Nrf1がミトコンドリア恒常性に関与すると考えられているGABARAPL1を制御することについて確証を得たので、果たしてその発現制御が機能的であるか検証する。実際、Nrf1が活性化するプロテアソーム阻害時にはミトコンドリアに障害が出ることが報告されている（Maharjan S. (2014) Sci. Rep.）。そのミトコンドリア障害はNrf1の活性化による遺伝子発現制御により軽減されている可能性がある。そこで、GABARAPL1ひいてはNrf1依存的なプロテアソーム阻害によるミトコンドリアの性状の変化を解析していく。
（２）Nrf1関連因子Nrf3はミトコンドリア恒常性を制御しうるか？
Nrf1関連因子であるNrf3は、Nrf1と同じ分子メカニズムで制御を受けている（Chowdhury AMMA. (2017) Sci. Rep.）。この知見から、Nrf1とNrf3が活性化する局面およびその機能には共通な部分があることが示唆される。さらに、報告者はNrf3もNrf1同様にGABARAPL1を制御していることも見出している。これらのことから、上記解析をNrf1とNrf3の両因子に着目しておこなう。
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Research Products
(2 results)
