エネルギー代謝を司る腸内細菌叢由来の新規ペプチド性因子の探索と機能解析

• Project/Area Number: 19K22836
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
• Research Institution: National Cardiovascular Center Research Institute
• Principal Investigator: 宮里 幹也 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 部長 (50291183)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 吉田 守克 国立研究開発法人国立循環器病研究センター, 研究所, 上級研究員 (70393212)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2019: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
• Keywords: 生理活性ペプチド / 腸内細菌 / エネルギー代謝 / オーファンGPCR

Outline of Research at the Start

摂食・エネルギー代謝調節は、多くの生理活性ペプチドによって複雑かつ精巧に制御されている。近年、腸内細菌叢より産生される液性因子がエネルギー代謝、栄養摂取及び免疫機能等を制御することにより、肥満の病態や糖尿病の発症に直接的な役割を果たすことが明らかにされている。ヒトにはペプチド性リガンドが結合しエネルギー代謝を制御すると予測されながら、内因性リガンドの不明な受容体（オーファン受容体）が数多く残されており、未知のエネルギー代謝調節ペプチドの存在が示唆されている。本研究では、腸内細菌叢より産生される新規ペプチド性因子をオーファン受容体のリガンド探索より同定し、細胞や個体レベルでの機能解析を行う。

Outline of Annual Research Achievements

ヒトにおける摂食・エネルギー代謝調節は、多くの生理活性ペプチドによって複雑かつ精巧に制御されている。これまで申請者の研究室では、グレリンの発見やニューロメジンU（NMU）、ニューロメジンS（NMS）の同定に成功している。グレリンは強力な摂食亢進作用を有することが明らかとなり、NMUとNMSは摂食抑制物質であり、エネルギー消費の亢進をもたらす異化シグナルとして機能する。これらのペプチドだけでなく、摂食・エネルギー代謝を制御する因子の受容体の多くはGタンパク質共役型受容体（GPCR）である。近年、腸内細菌叢のバランス異常と肥満や糖尿病の病態形成の相関が明らかにされているが、細菌由来のペプチド性因子による直接的な関与は報告されていない。ヒトにはペプチド性リガンドが結合しエネルギー代謝を制御すると予測されながら、内因性リガンドの不明なGPCRが数多く残されており、未知の生理活性ペプチドの存在が示唆されている。本研究では、腸内細菌叢より産生される新たなペプチド性因子を同定し、細胞や個体レベルでの機能解析を行い、新しいエネルギー代謝調節機構を解明することを目的とする。
腸内容物よりペプチド成分を抽出し、イオン交換、ゲル濾過クロマトグラフィーにて分画したサンプルを調製した。ペプチド性リガンドと予測されるオーファンGPCRのうち、消化器系に発現し、肥満・エネルギー代謝への関与が予想される6種類の受容体を標的とした。オーファンGPCR発現細胞に対して調製したペプチド画分を作用させた後、受容体活性化に伴う細胞内Ca上昇を指標にリガンド探索を実施した。その結果、GPCR-Xと命名したオーファンGPCR発現細胞について、標的受容体に特異的なCa上昇の検出に成功した。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2019年度は所属機関の移転があり、移転後は研究室のセットアップに追われた。そのため、研究を実施した期間が想定以上に短くなり、当初の計画よりやや遅れている。具体的には以下の計画が遅れている。
1) 肥満モデル動物からペプチド画分の調製
2) オーファン受容体のリガンド探索

Strategy for Future Research Activity

新型コロナウイルスの影響により、研究全般の進行が遅れることが予想される。とくに、実験動物の大量繁殖が困難な状況にある。通常実験環境に復帰次第、肥満モデル動物を大量に飼育し、腸内要物からペプチド画分の調製を進める。
GPCR-Xのリガンド候補については、活性を指標にイオン交換および逆相HPLC（現有設備）にて精製・単離を行い、ペプチドシーケンサー及び質量分析計（共に現有設備）を用いて構造、分子量を決定する。
特異的活性を検出できていないオーファンGPCRについては、様々な活性検出系を駆使することにより、リガンド探索を引き続き実施する。オーファンGPCRに限らず、リガンド既知であり、消化器系に発現し肥満・エネルギー代謝に関わるGPCRについても腸内細菌叢からのサロゲートリガンド探索を実施する。