2021 Fiscal Year Research-status Report
ケトン体代謝の流れがエピゲノム修飾と細胞機能、代謝疾患発症に及ぼす影響の解明
| Project/Area Number |
20K11624
|
|---|
| Research Institution | The University of Tokushima |
|---|
Principal Investigator |
上番増 喬 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 助教 (10581829)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高橋 章 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (90304047)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ケトン体 / 代謝 / 栄養 / 生活習慣病 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
ケトン体は、それ自体が代謝され細胞のエネルギー源となるだけでなく、エピゲノム修飾を調節する作用、Gタンパク質共役受容体を介した様々な機能、またメカニズムは不明であるが、食欲や炎症反応、寿命を調節するなど様々な作用を有している。細胞内のケトン体濃度は、合成、分解、細胞内局在、細胞内・外の輸送の4つのケトン体代謝の流れにより調節される。ケトン体代謝の流れが生体の代謝恒常性に及ぼす影響を明らかにするために、ケトン体代謝酵素の1つの遺伝子改変マウスに高脂肪食を投与した。その結果、ケトン体代謝酵素ノックアウトマウスでは、高脂肪高ショ糖食摂取により誘導される体重増加の抑制、内臓脂肪蓄積の抑制、耐糖能の悪化の抑制が認められた。体重増加や内臓脂肪の増加が、小腸からの糖の消化吸収に関する遺伝子の発現量の違いにより生じるのかどうかを検討した結果、これらの遺伝子のmRNAレベルには違いが見られなかった。
ケトン体に代謝される1,3ブタンジオールの内、ケトン体合成経路を介するS体とケトン体に直接変換されるR体を投与した場合、ケトン体濃度への影響はS体、R体もしくはS体R体の共投与の間で違いは認められなかったものの、ケトン体代謝酵素の遺伝子発現はS体、R体の共投与により増加した。すなわち、ケトン体の存在と合わせて、ケトン体合成経路の活性化がケトン体遺伝子発現に影響を及ぼすことが明らかになった。さらにケトン体の輸送担体のノックダウン細胞では、多彩な細胞機能の制御に関するmTORC1の活性を調節することを見出した。
以上のことから、ケトン体代謝の流れが、ケトン体代謝に関する遺伝子発現を制御すること、ケトン体代謝酵素の遺伝子変異が、高脂肪食摂取によって引き起こされる代謝異常を抑制するなど、ケトン体代謝の流れは遺伝子発現や、生体代謝制御機構を有していることが示唆された。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題では、①細胞レベルで、ケトン体代謝酵素群、及びトランスポーター群をノックダウンした細胞を作成しケトン体代謝の解析を行った。その過程で、腸管上皮細胞株でケトン体の輸送を調節するトランスポーターを見出した。そのトランスポーターのノックダウンにより、mTORC1の活性が抑制されることが明らかとなり、ケトン体トランスポーターが細胞内の代謝制御機構を調節する働きを持つことを見出した。加えて、ケトン体の合成量を増加させる化合物とケトン体の共作用により、遺伝子発現が制御されることを見出した。現在、ケトン体の輸送を調節するトランスポーターの過剰発現細胞の作成中でありおおむね順調に進行している。
②次に、ケトン体代謝酵素の遺伝子改変動物を作成し、高脂肪高ショ糖食を摂取させ、代謝異常の発症に及ぼす影響を検討した。ケトン体代謝酵素ノックアウトマウスは、高脂肪高ショ糖食摂取による体重増加や内臓脂肪の増加が抑えられた。経口糖負荷試験の結果、ノックアウトマウスでは血糖値の上昇とインスリン値の上昇が対象群と比較して低値を示した。今後、これらの表現型へ関与する臓器やケトン体代謝酵素の働きが代謝異常の発症を制御するメカニズムを特定し、ケトン体代謝酵素が代謝異常の発症にどのように関与しているか解析する予定である。現在、他の遺伝子改変マウスの作成中であり、遺伝子改変動物の準備に予定よりやや時間がかかっている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
細胞実験では、ケトン体トランスポーターを過剰発現またはノックダウンし、各細胞におけるケトン体代謝への影響と細胞の機能への影響を解析する。腸管上皮細胞では、特に細胞の分化やタイトジャンクションの構成に関する検討を行う予定である。また、他の細胞株を用いて、同様の研究を行っていく予定である。
動物実験では、ケトン体代謝酵素の遺伝子改変マウスを用いて、アセト酢酸、3ヒドロキシ酪酸の濃度バランスの変化を血中、臓器中で解析する。マウスを摂食条件、絶食条件、高脂肪食摂取条件、ケトジェニック食摂取条件で飼育し、ケトン体代謝酵素の有無によりケトン体濃度バランスに変化を生じる臓器を明らかにする。同位体ラベルしたケトン体を投与し、ケトン体がどのような代謝経路に流入し利用されるかを様々な臓器において、代謝産物を網羅的に解析することにより明らかにする。またケトン体濃度バランスの変化が高脂肪高ショ糖食により誘導される代謝異常の発症に関与するかどうかを検討する。次年度では、ケトン体トランスポーター遺伝子改変マウスに通常食または高脂肪食を摂取させ、体重、組織重量や血糖値などの血液パラメーター、全身性の耐糖能およびインスリン感受性、肝臓における糖新生能、単離膵島のインスリン分泌能等と腸内細菌叢を評価していく予定である。
|
