2023 Fiscal Year Research-status Report
メラノコルチン受容体発現神経細胞の加齢性変容による代謝量調節機構の解明
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21K15343
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
大屋 愛実 名古屋大学, 医学系研究科, 助教 (90777997)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | メラノコルチン / 肥満 / 加齢 / レプチン / 代謝調節 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
恒温動物の代謝熱産生量は発達や加齢に伴い変化するが、その調節メカニズムについては未だに不明な点が多く残されている。これまでの研究で、エネルギー代謝機構の一つである褐色脂肪組織における熱産生が視床下部背内側部を介して調節されること、また視床下部背内側部に摂食や代謝の調節に関与するメラノコルチン4型受容体(MC4R)のmRNAが発現することが分かっている。そこで我々は、独自に作製した抗MC4R抗体を用いて、視床下部背内側部に発現するMC4Rの局在が発達や加齢に伴いどのように変化するかを調べた。
昨年度までに行ったWistar STラットの脳における抗MC4R抗体による免疫組織染色の結果、MC4Rが視床下部背内側部の神経細胞の一次繊毛というアンテナ状の構造体に強く局在することを見出した。さらに、生後2週齢から24週齢までのラットの脳におけるMC4R局在一次繊毛の長さを解析したところ、3週齢までMC4R局在一次繊毛は伸長し、それ以降は加齢と共に退縮することを明らかにした。また、様々な栄養条件下で飼育したラットの脳においてMC4R局在一次繊毛の長さを解析したところ、高脂肪食摂取によって加齢に伴う退縮は加速し、摂餌制限によって退縮が抑制されることがわかった。
次に、若齢のMC4R-Creノックインラットの視床下部背内側部にウイルスを微量注入することによって、強制的にMC4R局在一次繊毛を退縮させた。その結果、対照群と比較して、褐色脂肪における熱産生が減弱して代謝量が減少するとともに、体重と体脂肪率が増加して肥満を呈することが分かった。
さらに今年度は、遺伝子変異ラットやウイルスを用いた実験によって、MC4R局在一次繊毛の退縮メカニズムの解明を試みた。
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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
昨年度までの実験により、MC4Rが視床下部背内側部の神経細胞の一次繊毛に局在し、MC4R局在一次繊毛が加齢に伴って退縮することを見出した。さらに、飼育時の栄養条件によって加齢に伴うMC4R局在一次繊毛退縮の速度が変わること、視床下部背内側部のMC4R局在一次繊毛を強制的に退縮させると代謝量が減少して肥満を呈することが明らかになった。
今年度はMC4R局在一次繊毛の退縮メカニズムの解明を試みた。脂肪が蓄積すると白色脂肪細胞からレプチンが分泌される。レプチンはレプチン受容体を介して視床下部弓状核のPOMCニューロンを活性化させる。POMCニューロンはメラノコルチンを分泌してMC4Rを活性化する。Zucker fattyラットはレプチン受容体遺伝子に変異があり、レプチン-メラノコルチンシグナルを伝えることのできないラットである。Zucker fattyラットにおいてMC4R局在一次繊毛を観察したところ、対照群と比較してZucker fattyラットでは加齢に伴うMC4R局在一次繊毛の退縮が抑制されていた。一方で、12週齢のWistar STラットの脳室にレプチンを5週間にわたり長期投与したところ、salineを投与した対照群と比較してMC4R局在一次繊毛の加齢に伴う退縮が促進された。また、MC4RはGs共役型受容体なのでMC4Rがメラノコルチンを受容するとアデニル酸シクラーゼが活性化される。そこで、ウイルスを使って恒常的活性型のアデニル酸シクラーゼを視床下部背内側部のMC4Rニューロン特異的に発現させてメラノコルチンが慢性的に入力している状態を人為的に作り出した。その結果、加齢に伴うMC4R局在一次繊毛の退縮が促進された。以上の結果から、慢性的なレプチン-メラノコルチンシグナルの入力がMC4R局在一次繊毛の退縮を引き起こしている可能性が示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は、MC4R局在一次繊毛の退縮のさらに詳細なメカニズムの解明を目指す。今年度までの実験結果からレプチン-メラノコルチンシグナルの入力によるMC4Rの活性化が退縮を引き起こす可能性が示唆された。MC4Rがメラノコルチンを受容してアデニル酸シクラーゼが活性化されると細胞内cAMP濃度が上昇する。細胞内cAMPの下流にはプロテインキナーゼAやEpacなど様々なシグナル伝達系が存在するので、視床下部由来の培養細胞や視床下部のスライス培養系を用いることで、シグナル伝達系を構成する因子に対する阻害剤投与やターゲット遺伝子のノックダウンなどを行い、詳細な一次繊毛の伸長および退縮メカニズムの解明を試みる。また近年、一次繊毛の退縮時にエクトソームが分泌される現象が報告された。培養細胞を用いたライブセルイメージングによってMC4Rの退縮時にエクトソームが形成されるかを検証する。また、発達や加齢に応じたMC4R局在一次繊毛の伸長および退縮に関わる遺伝子を探索するため、MC4R遺伝子プロモーター下でCreを発現する遺伝子改変動物とGFPレポーター動物を交配させ、MC4RニューロンをGFP標識し、GFP発現細胞からRNAを抽出してRNAシーケンシングにより網羅的な遺伝子発現解析を行う。飼育時の栄養条件の異なる様々な週齢のラットの脳サンプルを集め、MC4R局在一次繊毛と遺伝子発現プロファイルとを併せて多群間比較することで、MC4R局在一次繊毛の伸長および退縮に関連する可能性の高い遺伝子を絞り込む。そして、候補遺伝子のノックダウンを行って代謝機能を解析することにより、MC4R局在一次繊毛の伸長および退縮の分子メカニズムを明らかにする。
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| Causes of Carryover |
令和5年度の予定では、独自に作製したMC4Rに対する抗体を用いて、遺伝子変異ラットやウイルスを注入したラットの脳内におけるMC4R局在一次繊毛の変化を解析すると同時に、MC4R発現神経細胞に対するRNAシーケンシングによる網羅的な遺伝子発現解析も行う予定であった。しかし、ラット脳内におけるMC4R局在一次繊毛の解析に予想以上に時間を要したため、未使用額が生じた。
次年度は、これまでに行った実験で得られた知見をもとに、発達や加齢によるMC4R局在一次繊毛の伸長および退縮メカニズムを組織学的・分子細胞学的手法を用いて解明する。そして、その実験から得られた新たな知見を学会で発表するため、未使用額は旅費へ振り替える。また、残額は、現在進行中の実験に必要なウイルスベクター作製、遺伝子解析、実験動物飼育に要する消耗品の購入等に使用する。
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Research Products
(4 results)
