2021 Fiscal Year Research-status Report

鉄キレート作用を介したメトホルミンによる新規耐糖能改善メカニズムの解明

Research Project

Project/Area Number	20K08884
Research Institution	Kobe University
Principal Investigator	菅原健二神戸大学, 医学部附属病院, 特定助教 (70645217)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	メトホルミン / キレート作用 / ミトコンドリア機能
Outline of Annual Research Achievements	メトホルミンの耐糖能改善作用の発現にはミトコンドリア機能抑制作用が重要と考えられているが、メトホルミンがミトコンドリア機能を抑制するメカニズムは明らかではない。本研究は、「鉄に対するキレート能」という新規な化学的特性が、メトホルミンによるミトコンドリア機能抑制作用を介した薬理作用の発現に関与するか否かについて明らかとすることを目的としている。令和2年度は、X線結晶構造解析により金属とメトホルミン複合体の三次元立体構造を決定し、さらに、サイクリックボルタンメトリー法によりメトホルミンー銅複合体は酸化還元反応に関与することが明らかにした。ミトコンドリア機能には細胞質中やミトコンドリア内部の酸化還元状態の変化を伴うことから、メトホルミンは金属と複合体を形成することにより酸化還元活性化体となることで、ミトコンドリア機能調節を示す可能性が示された。そこで令和3年度は、メトホルミンによる金属キレート作用がミトコンドリア機能に与える影響を明らかにする目的にて、フラックスアナライザーを用いてメトホルミンおよび金属キレート剤によるミトコンドリア呼吸機能への影響を検証した。はじめに、肝細胞株HepG2にメトホルミンを1mM, 3mM, 10mMで処置すると、濃度依存性にミトコンドリア基礎呼吸は抑制された。一方で、最大呼吸に関しては1mMでは増加したが、10mMでは著明な抑制効果が認められた。次に、鉄キレート剤であるデフェリプロンや銅キレート剤であるバソクプロインスルホン酸を用いて同様の検討を行ったが、基礎呼吸および最大呼吸いずれに対しても影響は与えなかった。バソクプロインスルホン酸は主に細胞外で作用することが知られており、今後は細胞内でのキレート作用の影響を検証するため、細胞透過性のキレート剤を用いた検討を行う予定である。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 令和3年度は当初の計画通り遂行可能であった。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度は以下の研究を遂行する予定である。・キレート作用を介したメトホルミンによるミトコンドリア機能に与える影響の解析銅キレート剤であるバソクプロインスルホン酸は細胞非透過性のキレート剤であることから、次に細胞透過性キレート剤がミトコンドリア呼吸機能への影響をフラックスアナライザーを用いて解析する。キレート能と呼吸機能抑制作用の関連が明らかとなれば、ミトコンドリア呼吸鎖複合体を形成する各種タンパクの発現や機能の変化の検討を通じて、そのメカニズムの詳細を明らかとする。・鉄キレート作用による代謝改善作用への影響の検討培養肝細胞でのメトホルミンによる糖産生抑制作用や脂肪合成抑制作用が鉄の添加により抑制される否か、また、鉄キレート剤がメトホルミン作用を模倣するか否かを検討する。さらに、遺伝的肥満モデルマウスであるdb/db マウスや高脂肪食飼育マウスなど、メトホルミンが代謝改善効果を発揮することが知られている肥満インスリン抵抗性糖尿病モデル動物に鉄キレート剤を投与し、肝臓でのミトコンドリア機能や肝細胞内AMP/ATP比率に対する影響を検討するとともに、血糖低下や脂肪肝改善などのメトホルミンによる代謝改善効果への影響を明らかにする。
Causes of Carryover	ミトコンドリア機能評価に係る研究が一部令和4年度に実施予定となったため次年度使用額が生じた。進捗状況は概ね研究計画通り進行しているため、令和4年度は研究計画に沿って次年度使用額および令和4年度予定額を使用する予定である。