2020 Fiscal Year Research-status Report

DNAメチル化に注目した低出生体重児の成人後循環器疾患リスク上昇機序の解明

Research Project

Project/Area Number	19K08520
Research Institution	Kumamoto University
Principal Investigator	有馬勇一郎熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 助教 (60706414)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	ケトン体 / Hmgcs2 / アセチル化 / HDAC
Outline of Annual Research Achievements	ケトン体合成不全状態で生じるミトコンドリアタンパクアセチル化亢進の意義を明らかにするため、ケトン体合成不全マウスKeto-lessマウスの表現型解析を行なった。CRIPR/Cas9法を用いてHmgcs2のノックアウトマウス(Keto-lessマウス)を作成した。Keto-lessマウスは1遺伝子の破壊マウスであるが、血中および組織中のβヒドロキシ酪酸濃度は野生型の１０分の１以下に低下し、機能的にもケトン体合成不全マウスの作成に成功した。Keto-lessマウスは出生時点においては顕著な表現型は示さなかったが、授乳開始後より急速に脂肪肝が進行することが明らかとなった。組織学的検討では、脂肪肝の種類も小滴性脂肪的が肝細胞に蓄積するパターンであり、ミトコンドリアの形態以上や、酸素消費量の低下を合併することが明らかになった。Keto-lessマウスではクエン酸回路の酵素連続反応が低下する一方で、アセチルCoAは蓄積している。クエン酸サイクルにおける酵素連続反応の低下の原因を探るため、翻訳後修飾に注目して検討を行うと、Keto-lessマウスより単離したミトコンドリアタンパクにおいて、有意にアセチル化が亢進していることを確認した。アセチル化プロテオミクス解析を追加すると、ミトコンドリアに関連するたんぱくが上位に検出され、ミトコンドリアタンパク特異的にアセチル化が亢進していることが確認された。また、核ではKeto-lessマウスの核抽出タンパクではHDAC活性が有意に亢進しており、βヒドロキシ酪酸の投与によってHDAC活性が濃度依存的に低下することが確認された。βヒドロキシ酪酸には内因性のHDAC阻害作用があることが報告されており、核におけるヒストンタンパク脱アセチル化の亢進はβヒドロキシ酪酸が減少したことでHDAC活性が亢進したためと考えられた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 論文発表ができたため。 Yuichiro Arima, Yoshiko Nakagawa, Toru Takeo, Toshifumi Ishida, Toshihiro Yamada, Shinjiro Hino, Mitsuyoshi Nakao, Sanshiro Hanada, Terumasa Umemoto, Toshio Suda, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Takehisa Watanabe, Katsuya Nagaoka, Yasuhito Tanaka, Yumiko K Kawamura, Kazuo Tonami, Hiroki Kurihara, Yoshifumi Sato, Kazuya Yamagata, Taishi Nakamura, Satoshi Araki, Eiichiro Yamamoto, Yasuhiro Izumiya, Kenji Sakamoto, Koichi Kaikita, Kenichi Matsushita, Koichi Nishiyama, Naomi Nakagata, and Kenichi Tsujita. Murine neonatal ketogenesis preserves mitochondrial energetics by preventing protein hyperacetylation. Nature Metabolism, Feb;3(2):196-210. (First and corresponding author)
Strategy for Future Research Activity	新生児期のケトン体代謝はエピゲノムにも影響を及ぼすことが明らかとなった。メタボローム解析の結果からは、βヒドロキシ酪酸意外にも複数の有機酸の変化が確認されており、一部はDNAメチル化に影響する報告もある。今後は、新生児期のケトン体代謝がどのような機序でエピゲノム構造に影響を及ぼすかを検討する。
Causes of Carryover	一部の生化学実験が年度内に完了せず、次年度に継続することとなったため。