骨格筋代謝を調節する遺伝子発現制御ネットワークの解明：運動模倣薬実現に向けて

• 研究課題/領域番号: 20K17509
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分54040:代謝および内分泌学関連
• 研究機関: 愛媛大学 (2022); 京都大学 (2020-2021)
• 研究代表者: 細川 元靖 愛媛大学, 医学系研究科, 助教 (60812683)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 骨格筋代謝 / 遺伝子発現制御 / RNA代謝 / 運動 / 運動模倣薬

研究開始時の研究の概要

骨格筋は人体最大の代謝臓器であり、グルコース消費の最大の臓器である。そのために、骨格筋代謝を標的として糖尿病などの代謝疾患の治療や健康増進のための運動模倣薬の研究が進んでいる。本研究では運動、食事などによる骨格筋での遺伝子発現変化を転写・転写後制御レベルで包括的に解析することで、骨格筋代謝活性化の新たな制御機構を解明する。これにより、人為的に骨格筋代謝を活性化するための標的を見つけ、運動模倣薬の開発につなげる。

研究実績の概要

本研究は骨格筋での代謝変化を転写・転写後制御レベルで包括的に理解することで、骨格筋代謝活性化の新たな制御機構を解明するために行っている。そのために、①運動による代謝変化：運動は骨格代謝が大きく変化すると言われていて、糖代謝から脂質代謝への変化があることも知られている。②外気温による代謝変化：2020年度に計画に加えた4℃にマウスを放置するアッセイ(Cold exposure)。過去に骨格筋の代謝を変化させると報告がある。③高脂肪食投与（食事による代謝変化）：食事においても骨格筋代謝は変化すると報告がある。しかし、高脂肪食(HFD)の投与だけでは、遺伝子発現変化が小さいために、代謝異常を有するSfpq(RNA結合タンパク質)の骨格筋特異的KOマウス(Sfpq-KOマウス)へHFDを投与した時のRNA-seqを行った。Sfpq-KOマウスはシビアな筋量減少を引き起こすために、代謝と筋量の解析も視野に入れている。これらの３つのトランスクリプトーム変化を元に解析を行っている。
解析は進み、いくつか興味深いと思われる遺伝子をピックアップし、ノックダウン実験を行うためにsiRNAを入手した。また、過剰発現用に発現安定株を容易に作成できるC2C12細胞(Flp in C2C12)の作成をCRISPR-Cas9により行い、過剰発現・ノックダウンを用いた遺伝子の機能解析を行い始めている。このように、筋代謝変化・代謝活性化における重要な遺伝子を同定していくことで、骨格筋代謝を調節する遺伝子発現制御ネットワークの解明につなげていく。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

2020年度の緊急事態宣言による遅延の影響からRNA-seqの解析が遅れ、その分、制御因子の同定が遅れていた。2022年度に解析は進み、候補遺伝子のsiRNAを購入し、さらに過剰発現実験の準備を進めたが、当初使用予定だった簡易的に安定発現株が作成できる筋芽細胞であるC2 myoblast(Flp in C2 myoblast)の筋分化能が悪かったためにCRISPR-Cas9 システムにて、安定発現株作成用の筋分化能が良い筋芽細胞C2C12(Flp in C2C12)を作成していたために、遅れが生じている。

今後の研究の推進方策

いくつかの条件でのRNA-seqの結果を組み合わせて決定した解析対象遺伝子のsiRNAによるノックダウンや過剰発現によるPGC1αを含めた遺伝子発現への影響や筋細胞における代謝変化を解析する。筋代謝を包括的に制御していることが期待できる遺伝子に対しては、さらなる制御標的の解析を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Antagonist of sphingosine 1-phosphate receptor 3 reduces cold injury of rat donor hearts for transplantation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Eisho Kanemitsu, Xiangdong Zhao, Keiko Iwaisako, Asuka Inoue, Akihide Takeuchi, Shintaro Yagi, Hidetoshi Masumoto, Hiroaki Ohara, Motoyasu Hosokawa, Tomonari Awaya, Junken Aoki, Etsuro Hatano, Shinji Uemoto, Masatoshi Hagiwara
  • 雑誌名: Translational research 巻: 255 ページ: 26-36
  • DOI: 10.1016/j.trsl.2022.11.003
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RNA-seq analysis, targeted long-read sequencing and in silico prediction to unravel pathogenic intronic events and complicated splicing abnormalities in dystrophinopathy (2022)
  • 著者名/発表者名: Okubo M, Noguchi S, Awaya T, Hosokawa M, Tsukui N, Ogawa M, Hayashi S, Komaki H, Mori-Yoshimura M, Oya Y, Takahashi Y, Fukuyama T, Funato M, Hosokawa Y, Kinoshita S, Matsumura T, Nakamura S, Oshiro A, Terashima H, Nagasawa T, Sato T, Shimada Y, Tokita Y, Hagiwara M, Ogata K, Nishino I
  • 雑誌名: Human Genetics 巻: 142 号: 1 ページ: 59-71
  • DOI: 10.1007/s00439-022-02485-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] RNA制御機構の解析で明らかとなるRNA病の病態解明と新規治療法開発 (2021)
  • 著者名/発表者名: 細川 元靖, 萩原 正敏
  • 雑誌名: 生体の科学 巻: 72 ページ: 577-581