2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the role of glucagon-responsive methyltransferase in hepatic metabolism and tumorigenesis
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19H03713
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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, その他部局等, その他 (90467663)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | グルカゴン / PKA / 遺伝子転写 / メチル化酵素 / 肝糖新生 / PGC-1α / 肝がん |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、SETXの肝代謝調節における生理的役割と、インスリン抵抗性を基盤とする肝病態である糖新生亢進、NAFLD/肝癌への関与を明らかにし、本酵素の治療標的としての可能性を検証することを目標に、本酵素の発現調節/活性制御機構、SETXを介した肝糖新生/肝発癌制御機構の解析とSETXのメチル化基質の同定を実施する。
2020年度の研究成果を次に述べる。培養肝細胞におけるSETXの遺伝子発現はグルカゴン-PKA-GCN-CITED2-PKAモジュールを介した経路により誘導され、インスリン-PI3-キナーゼ経路を介して抑制された。しかしマウスの肝臓ではインスリン抵抗性の有無による変化を認めなかったが、再摂食時の発現変動が認められた。in vivoではグルカゴンシグナルの他にSETXの発現を規定する優位なシグナルの存在が示唆された。
プロテオミクスの手法を用いて、複数のSETXの基質を同定すると共に、SETXがPKAによりリン酸化を受けることを見いだした。同定した基質を用いたアッセイ系を用いた本リン酸化の意義の検討に着手した。
肝細胞におけるcAMPによる糖新生系酵素遺伝子の発現誘導にはSETXのメチル化活性は不可欠であり、その作用はPGC-1αの脱アセチル化の促進による活性化を介していた。SETXはGCN5とPGC-1αの相互作用に影響を与えないが、GCN5によるPGC-1αのアセチル化を阻害することが明らかになった。
食餌ならびに化学発癌剤により誘導される肝癌の発症は肝臓特異的なSETXの欠損により抑制され、過剰発現によりメチル化活性依存的に促進された。ドキソルビシン誘導性のDNA損傷を介したアポトーシスは対照肝細胞に比べ、SETX欠損肝細胞で亢進していた。SETX欠損による抗腫瘍効果はDNAダメージを受けた細胞のアポトーシスを亢進させ、高率に除去することによると思われる。
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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
本年度の進捗状況を研究項目ごとに以下に報告する。
SETX遺伝子の発現調節機構：初代培養肝細胞におけるSETX遺伝子の発現はグルカゴン-PKA-GCN-CITED2-PKAモジュールを介した経路により誘導され、インスリン-PI3-キナーゼ経路を介して抑制された。一方、マウスの肝臓ではインスリン抵抗性の有無による変化を認めなかったが、再摂食時の発現変動が認められた。in vivoではグルカゴンシグナルの他に発現を規定する優位なシグナルの存在が示唆された。
SETXの活性制御機構/ SETXのメチル化基質の探索：ヒストンを基質としてin vitroの活性測定を行うもメチル化を検出できなかった。しかしメチル化プロテオミクスを用いたSETXの基質の網羅的探索から複数の候補を同定した。また質量分析による翻訳後修飾解析から、SETXがPKAによるリン酸化を受けることを見いだした
SETXによる肝糖新生制御機構：肝細胞における糖新生系酵素の遺伝子発現にSETXのメチル化活性は不可欠であり、その作用はPGC-1αの脱アセチル化の促進による活性化を介していた。SETXはPGC-1αのアセチル化酵素GCN5とも脱アセチル化酵素SIRT1とも相互作用するが、SETXはGCN5によるPGC-1αのアセチル化を阻害することが明らかになった。
SETXによる肝発癌制御機構：肝臓特異的SETX欠損マウスでは食餌誘導性ならびに化学発癌による肝癌のいずれも抑制された。一方SETXの過剰発現は酵素活性依存的に発癌を促進した。SETXによる発癌促進の機序を明らかにするために、SETX欠損肝細胞を用いた検討を行った。ドキソルビシン誘導性のアポトーシスは対照肝細胞に比べ、SETX欠損肝細胞で亢進していた。SETX欠損による抗腫瘍効果はDNAダメージを受けた細胞のアポトーシスを亢進させ、高率に除去することによると推察された。
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| Strategy for Future Research Activity |
グルカゴンによるSETXの遺伝子発現誘導とインスリンによる抑制の分子機構を明らかにする。前者はGCN-CITED2-PKAモジュールの下流の転写マシナリーを中心に、後者はPI3-キナーゼの下流のシグナル伝達経路と転写マシナリーを中心に解析を進める。
SETXの活性制御機構に関しては、同定した基質タンパクのメチル化を指標にin vitro/in cellにおいてSETXがグルカゴンを始めとする各種刺激により活性化するかを検証する。またPKAによるSETXのリン酸化が活性に及ぼす影響をリン酸化部位を同定の上、恒常的リン酸化型/非リン酸化型変異体を作製し検討する。
SETXがGCN5によるなPGC-1αのアセチル化・不活性化を抑制し、PGC-1αの活性化を介して糖新生を促進することから、GCN5がSETXによりメチル化される可能性の検証等その抑制機構を明らかにする。またSETXによる糖新生系酵素の転写活性化のメカニズムを制御領域のエピゲノム変化を中心にin vitro、in vivoにおいて解析し、その分子基盤を明らかにする。
SETXには肝発癌の促進にはDNAダメージによるアポトーシスの抑制が関与することが示唆された。本年度はSETXによるアポトーシスの制御機構をin vitroならびにin vivoにおける機能欠損/機能獲得実験を通じて明らかにする。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Stepwise cell fate decision pathways during osteoclastogenesis at single-cell resolution.2020
Author(s)
Tsukasaki M, Huynh NC, Okamoto K, Muro R, Terashima A, Kurikawa Y, Komatsu N, Pluemsakunthai W, Nitta T, Abe T, Kiyonari H, Okamura T, Sakai M, Matsukawa T, Matsumoto M, Kobayashi Y, Penninger JM, Takayanagi H.
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Journal Title
Nat Metab.
Volume: 2
Pages: 1382-1390
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] GCN2 regulates pancreatic β cell mass by sensing intracellular amino acid levels.2020
Author(s)
Kanno A, Asahara SI, Furubayashi A, Masuda K, Yoshitomi R, Suzuki E, Takai T, Kimura-Koyanagi M, Matsuda T, Bartolome A, Hirota Y, Yokoi N, Inaba Y, Inoue H, Matsumoto M, Inoue K, Abe T, Wei FY, Tomizawa K, Ogawa W, Seino S, Kasuga M, Kido Y.
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Journal Title
JCI Insight
Volume: 5
Pages: e128820
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Podocyte-specific deletion of tubular sclerosis complex 2 promotes focal segmental glomerulosclerosis and progressive renal failure.2020
Author(s)
Iwata W, Unoki-Kubota H, Kato H, Shimizu A, Matsumoto M, Imasawa T, Igarashi A, Matsumoto K, Noda T, Terauchi Y, Nangaku M, Kasuga M, Kaburagi Y.
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Journal Title
PLoS One.
Volume: 15
Pages: e0229397
DOI
Peer Reviewed
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