高血糖時の分枝鎖アミノ酸代謝に着目した糖尿病性腎症発症機構の解明と予防法の開発

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K06876
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 久保 亜紀子 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 助教 (50455573)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮下 和季 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任准教授 (50378759)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 糖尿病 / 代謝解析 / アミノ酸代謝

Outline of Annual Research Achievements

この研究では、糖尿病の合併症のうち腎症の発症過程に注目し、高血糖下での代謝変容を解析することで病態解明を目指している。ストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物及び、2型糖尿病の病態モデルであるDB/DBマウスを用い、糖尿病性腎症の進展に伴う局所のエネルギー代謝の変化と、その結果として生じる小分子の局所分布に注目してイメージングメタボロミクス手法で定量及び可視化解析を行う。
今年度は、高タンパク餌で飼育したストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物及び、比較用正常動物に15Nで標識したBCAAを投与し、一定時間後に回収した臓器の15N標識の代謝物を定量することで、組織中の細胞へのBCAAの取り込み量、及び代謝物への変化量を計測した。
また、同じモデル動物より、RNAを抽出し、qPCR法でアミノ酸輸送体やアミノ酸代謝酵素の発現量を比較した。
これらの実験の結果、高タンパク給餌ストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物では、正常動物と比較して筋肉におけるアミノ酸輸送体の遺伝子発現が減少しており、細胞内に取り込んだBCAAの代謝酵素の遺伝子発現はBCAA代謝を抑制する方向に変化していることがわかった。遺伝子発現の変化は、15N標識体の代謝変化量の解析結果と矛盾はなく、ストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物では、筋肉におけるBCAAの取り込みと代謝の両方が正常動物と比較して減少していることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

この研究は概ね予定通り進んでおり、初年度は、高タンパク餌で飼育したストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物及び、比較用正常動物に15Nで標識したBCAAを投与し、一定時間後に回収した臓器の15N標識の代謝物を定量することで、組織中の細胞へのBCAAの取り込み量、及び代謝物への変化量を計測した。
これらの実験の結果、高タンパク給餌ストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物では、正常動物と比較して筋肉におけるアミノ酸輸送体の遺伝子発現が減少しており、細胞内に取り込んだBCAAの代謝酵素の遺伝子発現はBCAA代謝を抑制する方向に変化していることがわかった。遺伝子発現の変化は、15N標識体の代謝変化量の解析結果と矛盾はなく、ストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物では、筋肉におけるBCAAの取り込みと代謝の両方が正常動物と比較して減少していることが明らかとなった。

Strategy for Future Research Activity

この研究は概ね予定通り進んでおり、今年度は、2型糖尿病の病態モデルであるDB/DBマウスを追加し、ストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物と比較しながら糖尿病性腎症の進展に伴う局所のエネルギー代謝の変化と、遺伝子発現の関連についての研究を進める。
初年度の検討により、ストレプトゾトシン(STZ)誘導I型糖尿病性腎症発症モデル動物では、筋肉でのBCAA代謝が正常動物に比較して減少していることが明らかになったが、筋肉は白筋と赤筋ではエネルギー代謝の基質が異なることが知られており、糖尿病病態下での代謝変化が白筋と赤筋で異なる可能性が考えられるため、組織切片からImaging 質量分析を行い、白筋と赤筋での糖尿病病態下での代謝変化がどのように異なるか検討する予定である。

Causes of Carryover

予定では実績より多くの実験動物の購入を予定していたが、動物飼育施設の工事の都合で予定数購入することができず、すでにモデル動物を作成し、凍結保存していた試料を用いて遺伝子発現解析などの実験を進めることができたため、大幅に消耗品の費用を繰り越すことになった。
また、緊急事態宣言等が原因で、学会出張がなくなり、旅費が生じなかった。
今年度は動物実験施設の工事が終了し、新たな実験動物の搬入が可能になるので、予定通りの動物実験が進められる見込みである。

Research Products

• [Journal Article] DNA repair factor KAT5 prevents ischemic acute kidney injury through glomerular filtration regulation (2021)
  • Author(s): Akihito Hishikawa, Kaori Hayashi, Akiko Kubo, Kazutoshi Miyashita, Akinori Hashiguchi, Kenichiro Kinouchi, Norifumi Yoshimoto, Ran Nakamichi, Riki Akashio, Erina Sugita, Tatsuhiko Azegami, Toshiaki Monkawa, Makoto Suematsu, Hiroshi Itoh
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Pages: 103436
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.103436
  • Peer Reviewed / Open Access