脂肪酸による新規ミトコンドリア機能制御機構の解明と生活習慣病の予防・治療への応用

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H03371
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 松坂 賢 筑波大学, 医学医療系, 教授 (70400679)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大野 博 筑波大学, 医学医療系, 助教 (20847909)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 脂肪酸伸長酵素 / ミトコンドリア / 肝臓 / 脂肪組織

Outline of Annual Research Achievements

生活習慣病の発症原因としてミトコンドリア機能障害が注目されている。本研究では、脂肪肝およびベージュ脂肪細胞のミトコンドリアの形態・機能・品質管理における脂肪酸伸長酵素Elovl6の意義を明らかにし、肥満、非アルコール性脂肪性肝疾患、2型糖尿病をはじめとした生活習慣病やミトコンドリア機能障害を基盤とした様々な疾患の病態基盤の解明や新規予防法・治療法の開発を目指している。これまでに、肥満・脂肪肝モデルob/obマウスと肝細胞特異的Elovl6欠損マウスの交配動物を作製し、肝細胞におけるElovl6の欠損が脂肪肝におけるミトコンドリアの形態的・機能的異常を改善すること、それがミトコンドリア固有のリン脂質であるカルジオリピンの脂肪酸組成変化と相関することを明らかにした。また、ミトコンドリアが豊富な褐色脂肪組織において、寒冷刺激やβ3アドレナリン受容体刺激によりElovl6の発現が増加すること、このときElovl6欠損マウスではミトコンドリア活性化が減弱することを明らかにした。さらに、その代償機構として、Elovl6欠損マウスではベージュ脂肪細胞が豊富な皮下脂肪組織の重量が増加するとともに、UCP1非依存的な熱産性能が亢進することを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

肥満モデル動物であるob/obマウスと肝臓特異的Elovl6欠損マウス（LKO）のダブルミュータント（ob/ob-LKOマウス）の交配動物を作製し、脂肪肝におけるElovl6の意義を肝臓のリピドミクスにより解析した。正常マウスに比べてob/obマウスでは脂肪肝によりカルジオリピン（CL）が減少するのに対し、ob/ob-LKOマウスの肝臓では多くのCL分子種が顕著に増加することを見出した。電子顕微鏡解析から、ob/obマウスの肝臓ではミトコンドリアの巨大化やクリステの密度の低下が認められたのに対し、ob/ob-LKOマウスの肝臓のミトコンドリアの大きさは正常であり、クリステがよく発達していた。また、細胞外フラックスアナライザーを用いて初代肝細胞のミトコンドリア好機呼吸能を解析し、ob/obマウスの肝細胞では酸素消費量が減少するのに対して、ob/ob-LKOマウスの肝細胞の酸素消費量は正常マウスの肝細胞と同等に保たれることを明らかにした。CLはミトコンドリア呼吸鎖超複合体の形成に重要であることから、BN-PAGEにより肝ミトコンドリアの複合体形成を解析したところ、ob/obマウスとob/ob-LKOマウスで異なる超複合体形成パターンが認められた。
脂肪組織では、β3アドレナリン受容体刺激により褐色脂肪組織および皮下脂肪組織でElovl6の発現が増加すること、またElovl6欠損マウスではこのミトコンドリア活性化が減弱することを遺伝子発現、タンパク発現、電子顕微鏡解析により明らかにした。さらに、その代償機構として、Elovl6欠損マウスではベージュ脂肪細胞が豊富な皮下脂肪組織の重量が増加し、クレアチン生合成を介したUCP1非依存的な熱産性能が亢進することを明らかにした。

Strategy for Future Research Activity

脂肪肝ではCLの脂肪酸リモデリングを活性化し、それがさらにミトコンドリア機能障害を増悪することが報告されている。そこで、肝細胞株においてCLリモデリング酵素の過剰発現およびElovl6のノックダウンまたはノックアウトを行い、CLリモデリングにともなう肝細胞のミトコンドリアの機能や構造の変化とそれに対するElovl6欠損の効果を解析する。また、ob/obマウスとob/ob-LKOマウスでは異なるミトコンドリア呼吸鎖超複合体形成パターンが認められたことから、この意義を呼吸能、活性酸素種産生、ミトコンドリア膜脂質過酸化等の点から解析する。脂肪組織では、β3アドレナリン受容体刺激を行った野生型マウスおよびElovl6欠損マウスの褐色脂肪組織および皮下脂肪組織のミトコンドリアの脂質分析を行い、各脂肪組織のミトコンドリア脂質におけるElovl6の意義とその分子機序を明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Identification of key microRNAs regulating ELOVL6 and glioblastoma tumorigenesis. (2023)
  • Author(s): Istiqamah N, Matsuzaka T, Shimizu M, Motomura K, Ohno H, Hasebe S, Sharma R, Okajima Y, Matsuda E, Han SI, Mizunoe Y, Osaki Y, Aita Y, Suzuki H, Sone H, Takeuchi Y, Sekiya M, Yahagi N, Nakagawa Y, Shimano H.
  • Journal Title: BBA Adv. Volume: 3 Pages: 100078.
  • DOI: 10.1016/j.bbadva.2023.100078.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Morphological and functional adaptation of pancreatic islet blood vessels to insulin resistance is impaired in diabetic db/db mice. (2022)
  • Author(s): Okajima Y, Matsuzaka T, Miyazaki S, Motomura K, Ohno H, Sharma R, Shimura T, Istiqamah N, Han SI, Mizunoe Y, Osaki Y, Iwasaki H, Yatoh S, Suzuki H, Sone H, Miyamoto T, Aita Y, Takeuchi Y, Sekiya M, Yahagi N, Nakagawa Y, Tomita T, Shimano H.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. Volume: 1868(4) Pages: 166339
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2022.166339.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CREBH regulation of lipid metabolism through multifaceted functions that improve arteriosclerosis. (2022)
  • Author(s): Nakagawa Y, Matsuzaka T, Shimano H.
  • Journal Title: J Diabetes Investig. Volume: 13(7) Pages: 1129-1131
  • DOI: 10.1111/jdi.13766.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ELOVL5-mediated fatty acid elongation promotes cellular proliferation and invasion in renal cell carcinoma. (2022)
  • Author(s): Nitta S, Kandori S, Tanaka K, Sakka S, Siga M, Nagumo Y, Negoro H, Kojima T, Mathis BJ, Shimazui T, Miyamoto T, Matsuzaka T, Shimano H, Nishiyama H.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 113(8) Pages: 2738-2752
  • DOI: 10.1111/cas.15454.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wogonin, a Compound in Scutellaria baicalensis, Activates ATF4-FGF21 Signaling in Mouse Hepatocyte AML12 Cells. (2022)
  • Author(s): Yamada Y, Saito H, Araki M, Tsuchimoto Y, Muroi SI, Suzuki K, Toume K, Kim JD, Matsuzaka T, Sone H, Shimano H, Nakagawa Y.
  • Journal Title: Nutrients. Volume: 14(19) Pages: 3920
  • DOI: 10.3390/nu14193920.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hepatocyte- or macrophage-specific SREBP-1a deficiency in mice exacerbates methionine- and choline-deficient diet-induced nonalcoholic fatty liver disease. (2022)
  • Author(s): Araki M, Nakagawa Y, Saito H, Yamada Y, Han SI, Mizunoe Y, Ohno H, Miyamoto T, Sekiya M, Matsuzaka T, Sone H, Shimano H.
  • Journal Title: Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. Volume: 323(6) Pages: G627-G639.
  • DOI: 10.1111/cas.15454.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A case of NASH with genetic predisposition successfully treated with an SGLT2 inhibitor: a possible involvement of mitochondrial dysfunction. (2022)
  • Author(s): Nakajima R, Sekiya M, Furuta Y, Matsuzaka T, Takase S, Takanashi M, Okazaki H, Takashima Y, Yuhara M, Mitani Y, Matsumoto N, Murayama Y, Ohyama Osawa M, Ohuchi N, Yamazaki D, Mori S, Sugano Y, Osaki Y, Iwasaki H, Suzuki H, Shimano H, et al.
  • Journal Title: Endocrinol Diabetes Metab Case Rep. Volume: 22 Pages: 0368
  • DOI: 10.1530/EDM-22-0368.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Elovl6 as a therapeutic target in NAFLD/NASH (2022)
  • Author(s): 松坂賢、島野仁
  • Organizer: 第65回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Invited
• [Presentation] 脂肪酸伸長酵Elovl6の欠損は脂肪肝におけるミトコンドリア異常を改善する (2022)
  • Author(s): 松坂賢、林昭夫、島野仁
  • Organizer: 第8回肝臓と糖尿病・代謝研究会
• [Remarks] 松坂研究室
  • URL: https://sites.google.com/view/matsuzakalab-tsukuba/home