2020 Fiscal Year Research-status Report
ATP signaling controlled by mitochondrial dynamics
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20K08921
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| Research Institution | Kurume University |
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Principal Investigator |
野村 政壽 久留米大学, 医学部, 教授 (30315080)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蓮澤 奈央 久留米大学, 医学部, 助教 (00837908)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | Purine signal / Mitochondrial dynamics / VNUT / DRP1 / inflammation |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアは生体の栄養状態（同化/異化）を感知し、常に融合・分裂のバランスを変化させ、動的にその構造を変化させている。このミトコンドリアダイナミクスはミトファジーによるミトコンドリアの品質管理のみならず、ATP産生を制御し、代謝恒常性の維持に不可欠な分子機構である。すなわち過食、過栄養に伴いミトコンドリアは分裂に傾き、ATP産生を亢進させ、一方、飢餓時などエネルギー供給が低下した場合にはミトコンドリアは融合に傾く。ミトコンドリアで産生されたATPは細胞内ではエネルギー通貨として機能し、VNUTを介して細胞外へ分泌されたATPはプリン受容体シグナルの活性化を介して炎症を惹起している。すなわち、代謝産物であるATPはDAMPとしての作用も併せ持ち、代謝と炎症をリンクする分子と言える。我々は高脂肪食により肝臓においてVNUT発現が亢進すること、食後にこのVNUTを介して小胞分泌されたATPが炎症を惹起することを明らかにした。さらにVNUTの阻害薬としてクロドロン酸を同定し、高脂肪食負荷等により引き起こされる非アルコール性脂肪肝炎(NASH)、肝硬変をクロドロン酸の投与により完全に抑制できること明らかにした(Sci Rep 2021)。この際の肝臓におけるミトコンドリアダイナミクスを解析したところ、DRP1発現とVNUT発現には正の相関関係を認め、エネルギー代謝亢進により炎症が惹起されていることが示唆された。本研究では肝臓に焦点を当て、ミトコンドリアダイナミクスによる小胞型ATP分泌の制御機構の解明を行い、新たなエネルギー代謝と慢性炎症の制御法の開発・臨床応用へ向けた基礎的基盤の確立を目指す。
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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
初年度に予定していた研究計画に沿ってその成果を記載する。
①ミトコンドリアダイナミクスによるVNUT発現・機能調節機構
1) 野生型マウス初代培養肝細胞を用いた解析:高グルコース刺激により、VNUT mRNA発現は8h後に約2倍に増加。その際DRP1蛋白リン酸化の亢進が見られた。既報と同様に、培養上清へのATP分泌が見られ、クロドロン酸の添加によりこのATP分泌はキャンセルされた。またクロドロン酸の添加はDRP1のリン酸化を抑制したことから、VNUTによるプリン受容体シグナルによるDRP1の活性化制御機構の存在が示唆された。
2) Drp1欠損マウス初代培養肝細胞を用いた解析：DRP1欠損初代培養肝細胞では野生型と比較し、VNUT mRNA発現が亢進し、培養上清中の炎症性サイトカインが高値を示していた。一方で、肝細胞のミトコンドリア形態を、MitoTrackerを用いて観察すると、高グルコース濃度では野生型ミトコンドリアは分裂し、VNUT欠損マウス肝細胞のミトコンドリアは融合し網状パターンを呈していたことから、DRP1の活性はVNUT欠損により抑制されていると予想された。
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| Strategy for Future Research Activity |
①VNUT欠損マウス初代培養肝細胞を用いて解析を追加し、高グルコース刺激によるDRP1蛋白の発現解析を行い、VNUTによるプリン受容体シグナルによるDRP1の活性化制御機構を明らかにする。
② Mtダイナミクスとプリン受容体シグナル：高グルコース濃度では野生型ミトコンドリアは分裂し、一方VNUT欠損マウス肝細胞のミトコンドリアは融合し網状パターンを呈していたことからVNUTを介するプリン受容体シグナルがミトコンドリア分裂に対して促進性に作用し、細胞内ATP産生を正に制御している可能性を示唆する。クロドロン酸及びプリン受容体作動薬・阻害薬を用いて、Mtダイナミクスの変化を観察し、このフィードバック機構を解明する。
③ 肝細胞特異的DRP1/VNUT 複合欠損マウスを用いて、個体レベルでの検証を行う。：肝細胞特異的DRP1遺伝子欠損(Drp1LiKO)マウスとVNUTKOマウスの交配を行い、肝臓において両分子を欠損するマウス作成し、各遺伝子単独欠損マウスならびに複合欠損マウスの表現型を比較することで、個体レベルでDRP1とVNUTの関連を明らかにする。また、高脂肪食負荷時にDRP1LiKOマウスで見られる肝臓の炎症所見を評価し、Mtダイナミクスで制御されるプリン受容体シグナルの炎症における役割を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
本年度は論文投稿、英文校正費用が計画より多くなったが、ほぼ申請どおりの予算執行を行った。研究進捗状況も順調であり、次年度も計画にしたがって予算執行を行う。
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[Journal Article] Dynamin-related protein 1 inhibition reduces hepatic PCSK9 secretion2021
Author(s)
Rogers Maximillian A、Hutcheson Joshua D、Okui Takehito、Goettsch Claudia、Singh Sasha A、Halu Arda、Schlotter Florian、Higashi Hideyuki、Wang Lixiang、Whelan Mary C、Mlynarchik Andrew K、Daugherty Alan、Nomura Masatoshi、Aikawa Masanori、Aikawa Elena
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Journal Title
Cardiovascular Research
Volume: 117
Pages: 2340～2353
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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