2018 Fiscal Year Research-status Report
Elucidation of the mechanisms that Dyrk1B controls hepatic gluconeogenesis
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18K08534
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| Research Institution | National Center for Global Health and Medicine |
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Principal Investigator |
満島 勝 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, 分子代謝制御研究部上級研究員 (40621107)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 糖尿病 / 肝糖新生 / Dyrk1B / 遺伝子転写制御 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1.肝臓におけるDyrk1Bの発現調節機構の解析
マウス肝臓におけるDyrk1Bの発現は、絶食時においてmRNA、タンパク質レベルで高く、再摂食により強く抑制された。初代培養肝細胞において、インスリンやグルカゴンがDyrk1Bの発現に与える効果を検討したところ、Dyrk1Bの発現はグルカゴン/cAMPによっては変化せず、インスリンによって強く抑制された。このことは再摂食時の肝臓で発現が強く抑制されることと一致する。更に、insulin-PI3K-Akt-FoxO1経路によって発現が制御されていることを明らかにした。また、正常マウスに比べ、肥満糖尿病（db/db）や高脂肪食負荷（HFD)マウスの肝臓においてDyrk1Bの発現が亢進していることを明らかにした。
2.肝臓におけるDyrk1Bの活性制御の解析
絶食/再摂食時の肝臓あるいは、インスリン又はcAMPで刺激した初代肝細胞でのDyrk1Bの活性を測定するため、MBPを基質としたキナーゼアッセイでDyrk1Bの活性を測定でできることを確認した。今後、ホルモンによって活性が変化するか検討する。
3.GCN5-CITED2-PKAモジュールによる肝糖新生制御におけるDyrk1B役割の解析
初代肝細胞にDyrk1Bを発現抑制させると、cAMP誘導性の糖新生系酵素の遺伝子発現がDyrk1Bの発現量依存的、酵素活性依存的に促進されること、内在性のDyrk1Bをノックダウンするとそれらが抑制されることからDyrk1Bが糖新生の新たな制御分子であることを明らかにした。また。Dyrk1Bによる促進効果はGCN5やCITED2のノックダウンで抑制され、CITED2の強制発現で促進した。また、免疫沈降により、Dyrk1BはCITED2に加え、GCN5、PKA酵素サブユニット、制御サブユニットとモジュール（複合体）を形成していることを明らかにした。
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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
生理条件、病態条件（糖尿病肥満状態、インスリン抵抗性など）下における肝臓でのDyrk1Bの遺伝子/タンパク質発現を明らかにし、そのメカニズム（insulin-PI3K-Akt-FoxO1経路）の一端も示すことができた。更に、CITED2相互作用分子として単離したDyrk1Bが実際にcAMP誘導性の糖新生系酵素の遺伝子発現をその酵素活性（キナーゼ活性）依存的に促進する分子であることを示す一方、ノックダウンすることによって糖新生系酵素の発現が抑制されることから、生理的な条件下においてDyrk1Bが糖新生系酵素発現に必要な分子であることを明らかにした。また、GCN5やCITED2のノックダウンや過剰発現実験と組み合わせること、また、相互作用実験からDyrk1BがGCN5-CITED2-PKAモジュールと協調してcAMP誘導性の糖新生系酵素の発現を制御していることを明らかにした。これらの結果から、現在Dyrk1Bが①GCN5-CITED2-PKAモジュールの活性を制御することで糖新生系酵素の発現を制御する可能性、②逆にモジュールがDyrk1Bの活性を変化させることで糖新生系酵素の発現を制御する可能性について検討しており、Dyrk1Bのキナーゼ活性依存的にリン酸化される複数の分子を明らかにしており、それらが糖新生系酵素のぐる現制御に重要であるか検討している。以上のように、計画に沿って研究を遂行し順調に結果を積み重ねながらDyrk1Bによる糖新生系酵素発現制御機構を明らかにしてきていることから、おおむね順調に進展しているという評価とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
初代培養肝細胞においてDyrk1Bが新たな糖新生制御因子であることを明らかにし、その基質候補分子を同定している。現在その分子のリン酸化部位を明らかにすると同時に、そのリン酸化が糖新生制御に与える効果について検討している。このように今後も研究計画に沿って研究を推進し、Dyrk1Bによる肝糖新生制御の詳細な制御機構を明らかにしていく。同時に、マウスの個体内（in vivo）でDyrk1Bの発現制御によって個体としての血糖を調節しうるのかは依然不明であることから、マウスの尾静脈よりアデノウイルスを肝臓に感染させ、in vitroと同じ結果が得られるか、糖新生を介して血糖を変化させ得るかを検証する。更に、CRISPR/CAS9で作製したDyrk1BKOマウスやKIマウスの代謝表現系解析を進めていく。
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[Journal Article] PHD3 regulates glucose metabolism by suppressing stress-induced signaling and optimising gluconeogenesis and insulin signaling in hepatocyte2018
Author(s)
Yano H, Sakai M, Matsukawa T, Yagi T, Naganuma T, Mitsushima M, Iida S, Inaba Y, Inoue H, Unoki-kubota H, Kaburagi Y, Asahara SI, Kido Y, Minami S, Kasuga M, Matsumoto M.
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 8
Pages: 14290
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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