プロリン異性化酵素Pin1，PAR14と含有複合体による代謝調節と治療への展開

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26293219
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 浅野 知一郎 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 教授 (70242063)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中津 祐介 広島大学, 医歯薬保健学研究院(医), 助教 (20452584)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 代謝 / 糖尿病 / 肝細胞 / Pin1 / LUBAC / TFG

Outline of Annual Research Achievements

我々は、プロリン異性化酵素Pin1が過栄養状態で増加し、糖・脂質代謝調節と炎症の両者において重要な役割を果たすことで、メタボリックシンドロームの成因に関与していることを世界に先駆けて証明してきた。そこで、Pin1の各種臓器特異的マウスを作成し、その役割と糖尿病や肥満状態における発現量の変化について検討を行った。脂肪組織のPin1の発現量は、２週間の高脂肪食負荷によって１０倍近く上昇することが判明した。また、β細胞特異的Pin1 KOマウスを作成したところ、このKOマウスは耐糖能が顕著に悪化していることが判明した。β細胞量の減少と共に、β細胞からのグルコース反応性のインスリン分泌も低下していることが判明した。これらの機序についての詳細を検討中である。
一方、2011年にSharpin、HOIL、HOIPから構成される複合体（LUBAC）が、サイトカイン、LPS、FFA等の刺激によるNF-κB活性化に不可欠であることが示された。我々は、Pin1がLUBACに結合することや、肥満や高脂肪食負荷マウスの肝臓や脂肪ではLUBAC複合体形成が顕著に減少している知見を得た。このようなLUBACの減少は、急性の肝障害を発症させたマウスでも認められた。さらに、興味深いことに、SharpinやHOIPをshRNAを発現するアデノウイルスを用いて、LUBACを減少させると、肝細胞がアポトーシスに陥り、繊維化を伴った肝硬変状態に至ることが判明した。従って、正常な肝細胞が維持されるためにLUBACは必須の因子であり、この障害が肝細胞死に関与している可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

Pin1に関しては、臓器特異的なKOマウスが順調に作成されており、膵臓β細胞、消化管、脂肪細胞における機能が順調に解明されている。また、Pin1に関しては、新規の阻害薬の開発に取り組んでいるが、予想より順調に進行している。また、計画には含まれていなかった、腎臓のPin1に関しても病態との関連を示すデータが得られつつあり、予想以上の成果が得られそうである。
一方、LUBACに関しては、ほぼ予想通りに進んでおり、肝細胞の生存に必須であることが証明されてきている。TFGに関しても、KOマウスを作成しており、これからの成果が期待できる状況にある。

Strategy for Future Research Activity

ⅠPin1含有複合体形成をターゲットとする薬剤のスクリーニング系開発：インスリン抵抗性や炎症に関与する複合体を、①病態モデルにおける結合量の変化、②臓器特異的KOマウスの結果、③患者臓器における複合体形成の変化から、絞り込む。次に、治療標的となる可能性が考えられる複合体に関しては、構成タンパク間の結合を制御する化合物を、FRET法やBRET法を用いてスクリーニングする系を構築する。この系を利用して目的の化合物を取得し、得られた候補薬剤が、培養細胞やマウスのエネルギー代謝や糖代謝に与える影響を解析し、リード化合物としての可能性を探求する。
II 標的蛋白をリン酸化するキナーゼの同定とその阻害剤による治療効果の検討：Pin1は標的タンパクのpSer/Thr-Proを含むモチーフに結合するため、結合には特定のSerもしくはThrがリン酸化されている必要がある。そこで、個々のPin1結合タンパクに対して、結合部位内のSer/Thrをリン酸化しているキナーゼの同定を試みる。方法として阻害剤ライブラリーやkinomeライブラリーにより標的蛋白によるリン酸化の消失をphostagを用いて同定する。そのキナーゼの阻害剤を用いてPin1と個別のタンパクとの結合を阻害することができれば、治療薬剤への開発につながる可能性が期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Treatment with the SGLT2 inhibitor luseogliflozin improves nonalcoholic steatohepatitis in a rodent model with diabetes mellitus. (2015)
  • Author(s): Qiang, S., Nakatsu, Y., Seno, Y., Fujishiro, M., Sakoda, H., Kushiyama, A., Mori, K., Matsunaga, Y., Yamamotoya, T., Kamata, H., and Asano, T.
  • Journal Title: Diabetol. Metab. Syndr. Volume: 7 Pages: 104
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Prolyl Isomerase Pin1 Negatively Regulates AMPK by Associating with the CBS Domain in the γ-subunit. (2015)
  • Author(s): Nakatsu, Y., Iwashita, M., Sakoda, H., Ono, H., Nagata, K., Matsunaga, Y., Fukushima, T., Fujishiro, M., Kushiyama, A., Kamata, H., Takahashi, S., Katagiri, H., Honda, H., Kiyonari, H., Uchida, T., and Asano, T.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 290 Pages: 24255-24266
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A hepatic amino acid/mTOR/S6K-dependent signalling pathway modulates systemic lipid metabolism via neuronal signals. (2015)
  • Author(s): Uno, K., Yamada, T., Ishigaki, Y., Imai, J., Hasegawa, Y., Sawada, S., Kaneko, K., Ono, H., Asano, T., Oka, Y., and Katagiri, H.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 6 Pages: 7940
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Distinct Time Course of the Decrease in Hepatic AMP-Activated Protein Kinase and Akt Phosphorylation in Mice Fed a High Fat Diet. (2015)
  • Author(s): Shiwa, M., Yoneda, M., Okubo, H., Ohno, H., Kobuke, K., Monzen, Y., Kishimoto, R., Nakatasu, Y., Asano, T., and Kohno, N.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0135554
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] LUBAC Formation Is Impaired in the Livers of Mice with MCD-Dependent Nonalcoholic Steatohepatitis. (2015)
  • Author(s): Matsunaga, Y., Nakatsu, Y., Fukushima, T., Okubo, H., Iwashita, M., Sakoda, H., Fujishiro, M., Yamamotoya, T., Kushiyama, A., Takahashi, S., Tsuchiya, Y., Kamata, H., Tokunaga, F., Iwai, K., and Asano, T.
  • Journal Title: Mediators Inflamm. Volume: 12 Pages: 125380
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] High-fat diet feeding significantly attenuates anagliptin-induced regeneration of islets of Langerhans in streptozotocin-induced diabetic mice. (2015)
  • Author(s): Shinjo, T., Nakatsu, Y., Iwashita, M., Sano, T., Sakoda, H., Ishihara, H., Kushiyama, A., Fujishiro, M., Nishimura, F., and Asano, T.
  • Journal Title: Diabetol. Metab. Syndr. Volume: 7 Pages: 50
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protection from diet-induced obesity and insulin resistance in mice lacking CCL19-CCR7 signaling. (2015)
  • Author(s): Sano, T., Iwashita, M., Nagayasu, S., Yamashita, A., Shinjo, T., Hashikata, A., Asano, T., Kushiyama, A., Ishimaru, N., Takahama, Y., and Nishimura, F.
  • Journal Title: Obesity Volume: 23 Pages: 1460-1471
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pin1 Inhibitor Juglone Exerts Anti-Oncogenic Effects on LNCaP and DU145 Cells despite the Patterns of Gene Regulation by Pin1 Differing between These Cell Lines. (2015)
  • Author(s): Kanaoka, R., Kushiyama, A., Seno, Y., Nakatsu, Y., Matsunaga, Y., Fukushima, T., Tsuchiya, Y., Sakoda, H., Fujishiro, M., Yamamotoya, T., Kamata, H., Matsubara, A., and Asano, T.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 10 Pages: e0127467
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] DPP-IV inhibitor anagliptin exerts anti-inflammatory effects on macrophages, adipocytes, and mouse livers by suppressing NF-κB activation. (2015)
  • Author(s): Shinjo, T., Nakatsu, Y., Iwashita, M., Sano, T., Sakoda, H., Ishihara, H., Kushiyama, A., Fujishiro, M., Fukushima, T., Tsuchiya, Y., Kamata, H., Nishimutra, F., and Asano, T.
  • Journal Title: Am. J. Physiol. Endocrinol Metab. Volume: 309 Pages: E214-23
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The xanthine oxidase inhibitor febuxostat suppresses development of nonalcoholic steatohepatitis in a rodent model. (2015)
  • Author(s): Nakatsu, Y., Seno, Y., Kushiyama, A., Sakoda, H., Fujishiro, M., Katasako, A., Mori, K., Matsunaga, Y., Fukushima, T., Kanaoka, R., Yamamotoya, T., Kamata, H., and Asano, T.
  • Journal Title: Am. J. Physiol. Gastrointest Liver Physiol. Volume: 309 Pages: G42-51
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nedd4-induced monoubiquitination of IRS-2 enhances IGF signalling and mitogenic activity (2015)
  • Author(s): Fukushima, T., Yoshihara, H., furuta, H., Kamei, H., Hakuno, F., Luan, J., Duan, C., Saeki, Y., Tanaka, K., Iemura, S., Natsume, T., Chida, K., Nakatsu, Y., Kamata, H., Asano, T., and Takahashi, S.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 6 Pages: 6780
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mosapride citrate improves nonalcoholic steatohepatitis with increased fecal lactic acid bacteria and plasma glucagon-like peptide-1 level in a rodent model. (2015)
  • Author(s): Okubo, H., Nakatsu, Y., Sakoda, H., Kushiyama, A., Fujishiro, M., Fukushima, T., Matsunaga, Y., Ohno, H., Yoneda, M., Kamata, H., Shinjo, T., Iwashita, M., Nishimura, F., and Asano, T.
  • Journal Title: Am. J. Physiol. Gastrointest Liver Physiol. Volume: 308 Pages: G151-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] DPP-4阻害薬による抗炎症効果 (2015)
  • Author(s): 浅野知一郎
  • Organizer: 第53回日本糖尿病学会九州地方会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-11-27 – 2015-11-27
  • Invited
• [Presentation] マクロファージにおける糖代謝による活性酸素産生とインスリン抵抗性 (2015)
  • Author(s): 櫛山暁史、菊池貴子、迫田秀之、藤城緑、山本屋武、山崎広貴、中津祐介、浅野知一郎、河津捷二
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [Presentation] 高脂肪食負荷による近位筋優位遺伝性運動感覚ニューロパチー原因遺伝子TFGの発現低下とその病的意義 (2015)
  • Author(s): 浅野知一郎、松永泰花、迫田秀之、櫛山暁史、藤城緑、山本屋武、鎌田英明、小野啓、中津祐介
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [Presentation] 性ホルモン結合グルブリン(SHBG)の代謝への影響の検討 (2015)
  • Author(s): 山崎広貴、櫛山暁史、迫田秀之、藤城緑、山本屋武、菊池貴子、金子直、浅野知一郎
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [Presentation] DPP4阻害薬anagliptineはLPS投与マウスの肝臓・脂肪組織における炎症反応を抑制する (2015)
  • Author(s): 新城尊徳、岩下未咲、中津祐介、鎌田英明、迫田秀之、藤城緑、櫛山暁史、浅野知一郎、西村英紀
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [Presentation] 膵β細胞機能におけるプロリン異性化酵素Pin1の役割 (2015)
  • Author(s): 中津祐介、森馨一、松永泰花、山本屋武、迫田秀之、藤城緑、櫛山暁史、石原寿光、浅野知一郎
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [Presentation] 肝臓におけるLUBAC(linear ubiquitin assembly complex)活性低下はAkt-mTOR経路の亢進および肝での炎症を惹起する (2015)
  • Author(s): 山本屋武、迫田秀之、藤城緑、山崎広貴、金子直、菊池貴子、櫛山暁史、浅野知一郎
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [Presentation] SGLT2阻害薬ルセオグリフロジンによる非アルコール性脂肪性肝炎の改善作用 (2015)
  • Author(s): 藤城緑、中津祐介、迫田秀之、櫛山暁史、松永泰花、山本屋武、鎌田英明、浅野知一郎
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24
• [Presentation] キサンチンオキシダーゼ阻害剤FebuxostatによるNASH改善作用の検討 (2015)
  • Author(s): 松永泰花、中津祐介、迫田秀之、櫛山暁史、藤城緑、山本屋武、鎌田英明、新城尊徳、岩下未咲、西村英紀、小野啓、浅野知一郎
  • Organizer: 第５８回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-21 – 2015-05-24