糖輸送体ＧＬＵＴ４の糖膜透過能を活性化する物質を用いたインスリン抵抗性解除の試み

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23658222
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 高橋 伸一郎 東京大学, 農学生命科学研究科, 准教授 (00197146)
• Keywords: 糖輸送体（GLUT）4 / 糖取り込み / インスリン / 成長ホルモン / インスリン抵抗性 / 脂肪細胞

Research Abstract

我々は、3T3-L1脂肪細胞をGH処理した後、インスリンで刺激すると、GLUT4の細胞膜移行に影響を与えず、糖取り込みが抑制されることを示した。さらにその分子メカニズムを解析すると、GH処理によって一部のAkt基質のリン酸化が抑制されていた。この結果から、インスリン依存的なAkt基質のリン酸化を介したGLUT4の翻訳後修飾が糖膜透過能を制御している、という仮説を提唱するに至った。そこで、本研究では、糖膜透過能を制御するAkt基質およびGLUT4の翻訳後修飾を同定するとともに、GLUT4の糖膜透過能を制御する低分子化合物や抗体をスクリーニングし、これらの物質の処理が一部のインスリン抵抗性を解除することを細胞レベルで示すことを目的としている。
まず、翻訳後修飾が起きうるモチーフをGLUT4分子内から網羅的に検索し、その部位に変異をいれたGLUT4変異体を作製した。この変異体をGLUT4が発現していない293細胞に導入し糖取り込み量を測定した。ある一つの修飾に変異をいれたGLUT4変異体は、野生型GLUT4を発現させた場合に比べ糖取り込み能が有意に上昇していた。
一方で、GH処理によって、インスリン依存的なリン酸化が減少していたAkt基質を発現抑制したところ、GLUT4の細胞膜移行に影響を与えずに糖取り込み量を抑制していた。このことから、このAkt基質がGLUT4の糖膜透過能に重要な役割を果たしていることがわかった。
また、GLUT4の細胞外ドメインを認識する抗体の単離は既に成功しており、現在糖取り込み能を亢進する抗体の同定を進めている。
このように本年度は、GLUT4の糖膜透過能を制御するAkt基質とGLUT4の翻訳後修飾を同定することができた。このAkt基質やGLUT4の翻訳後修飾を制御する低分子化合物も、GLUT4に対する抗体と同様にインスリン抵抗性解除薬の有力な候補となりうる。

Research Products

• [Journal Article] AP-1 complex regulates intracellular localization of insulin receptor substrate-1 required for insulin-like growth factor-I-dependent cell proliferation (2013)
  • Author(s): Yoneyama Y, Matsuo M, Take K, Kabuta T, Chida K, Hakuno F, Takahashi SI,
  • Journal Title: Mol. Cell. Biol. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] phosphatidylinositol 3-kinase (PI3K) activity bound to insulin-like growth factor-I (IGF-I) receptor, which is continuously sustained by IGF-I stimulation, is required for IGF-I-induced cell proliferation (2012)
  • Author(s): Fukushima T, Nakamura Y, Yamanaka D, Shibano T,Chida K, Minami S, Asano T, Hakuno F, Takahashi SI
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 287 Pages: 29713-21
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.393074.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] insulin/IGF stimulation abrogates an association between a deubiquitinating enzyme USP7 and insulin receptor substrates (IRSs) followed by proteasomal degradation of IRSs (2012)
  • Author(s): Yoshihara H, Fukushima T, Hakuno F, Saeki Y, Tanaka K, Ito A, Yoshida M, Iemura S, Natsume T, Asano T, Chida K, Girnita L, Takahashi SI
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 423 Pages: 122-127
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.05.093.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel repressor regulates insulin sensitivity through interaction with Foxo1 (2012)
  • Author(s): Nakae J, Cao Y, Hakuno F, Takemori H, Kawano Y, Sekioka R, Abe T, Kiyonari H, Tanaka T, Sakai J, Takahashi SI, Itoh H
  • Journal Title: EMBO J. Volume: 31 Pages: 2275-2295
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.97.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] phosphatidylinositol 3-kinase-binding protein, PI3KAP/XB130, is required for cAMP-induced amplification of IGF mitogenic activity in FRTL-5 thyroid cells. (2012)
  • Author(s): Yamanaka D, Akama T, Fukushima T, Nedachi T, Kawasaki C, Chida K, Minami S, Suzuki K, Hakuno F, Takahashi SI
  • Journal Title: Mol. Endocrinol. Volume: 26 Pages: 1043-1055
  • DOI: doi: 10.1210/me.2011-1349.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] GLUT4の糖膜透過能活性化におけるGLUT4セリン488番目のリン酸化の役割 (2012)
  • Author(s): 久保真実子、笠原浩平、曽根芽里、千田和広、伯野史彦、高橋伸一郎
  • Organizer: 第３５回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場
  • Year and Date: 20121211-20121214
• [Presentation] Diacylglycerol kinase ζ, a novel binding partner of insulin receptor substrates, negatively modulated GLUT4 translocation in 3T3-L1 adipocytes. (2012)
  • Author(s): Hakuno F, Ando Y, Kakino M, Fujimoto H, Chida K, Takahashi SI
  • Organizer: 6rh GRS-IGF 2012
  • Place of Presentation: Munich, Germany
  • Year and Date: 20121019-20121020
• [Remarks] 動物細胞制御学研究室
  • URL: http://endo.ar.a.u-tokyo.ac.jp/index0.html