| 研究課題/領域番号 |
23K24772
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| 補助金の研究課題番号 |
22H03515 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分59040:栄養学および健康科学関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
辻田 忠志 佐賀大学, 農学部, 准教授 (20622046)
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| 研究分担者 |
伊東 健 弘前大学, 医学研究科, 教授 (10323289)
植村 武史 城西大学, 薬学部, 准教授 (50401005)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2022年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
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| キーワード | 老化 / アクロレイン / リポソームコリジョン / ポリアミン / 不良タンパク質蓄積 / Nrf1 / スペルミジンオキシだーぜ / 酸化ストレス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
活性酸素種ROSはゲノムDNAやタンパク質の変性、ミトコンドリアの機能不全を誘導して老化を促進する。また、老化に伴い環境応答転写因子Nrf1が著明に発現低下し、細胞内に高攻撃性アルデヒドや異常タンパク質などの内因性刺激物質が蓄積すると明らかとしている。このような内因性刺激物質を解消するため、Nrf1の制御下にある高攻撃性アルデヒドの産生を制御する酵素Smox、およびタンパク質翻訳合成調整因子GCN1の機能を調節して、新たな老化介入方策を立案する本研究を着想した。将来的にはSmoxおよびGCN1経路を調節する遺伝子や低分子化合物を得ることで個体のライフコース補正戦略を提唱したい。
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| 研究実績の概要 |
これまで、老化とROS代謝に関与する分子メカニズムの解明に挑み、老齢マウス（3年齢、以下3Yと表記）や早期老化モデルであるKlotho欠失マウス（Klotho-/-、以下KLと表記）肝において、Nrf1タンパク質が顕著に減少することを見出した。3Y、KLおよびNrf1欠失マウスで共通して発現上昇するSmoxの異所的発現の分子メカニズムと、高攻撃性の低分子アルデヒド、アクロレインを産生メカニズムの解析を進め、内因性刺激物質の補正が抗老化を実現できるかについて検証し、介入方策を提唱することを目的としている。
タバコの煙などに含まれるアクロレインはROSと比較して1,000倍以上も生体高分子に対する攻撃性が高い低分子のアルデヒドで、ゲノムDNAやタンパク質の変性、ミトコンドリアの機能不全を誘導する。今年度、Nrf1を欠失したマウス肝の代謝物解析から、ATP、グルタチオン（GSH）にならび、mMオーダーで存在する細胞内主要低分子、ポリアミン類の組成比が崩れ、3-アミノプロパナールから非酵素的にアクロレインが発生し、アクロレイン抱合タンパク質が蓄積することを突き止めた。通常、スペルミンからスペルミジンへの分解は抑制されており、3-アミノプロパナールの発生量は低い。しかし、Nrf1欠失マウス肝では、本経路を活性化するスペルミジンオキシダーゼ（Smox）の異所的発現が認められた。実際にSmoxをレトロウイルスベクターで過剰に発現させると、遊離アクロレインが増加することを確認した。今回観察された肝における病変だけではなく、同様の現象が他の臓器や細胞でも誘引されると想定して、Smoxの機能阻害化合物を探索するために、組み替えSmoxタンパク質の発現に取り掛かった。バキュロウイルス発現システムを活用して、大量発現に取り掛かり、酵素アッセイに十分な量のタンパク質を回収することができた。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
加齢との連関解析のために、3年齢マウス（加齢マウス：3Y）および遺伝的老化モデルマウス（Klotho欠失マウス：KL）を活用して、細胞内主要低分子ATP、GSH、ポリアミン類の量を測定した。その結果、３Y、KLにおいても、ATP、GSH、ポリアミン量は減少傾向である一方で、Nrf1欠失マウスと同様に、アクロレイン化タンパク質が顕著に増加しており、加齢においても、組織の機能低下の一因となるとが推察された。Smoxの異所的発現によって、内因的に生じるアクロレインは、近傍に存在する生体高分子を即座に攻撃してしまうと考えられ、外因性のものより極低濃度で毒性を発揮する。すなわち、内因性クロレインが関与する老化をはじめとする多様な疾患の予防や病態改善方策を探ることとし、これらの制御機構としてNrf1をこれらの酵素本体の制御のための分子メカニズムの一端を明確にできつつあり、また、直接制御のための低分子化合物の取得のため、Smox組換えタンパク質の発現および、酵素アッセイシステムを構築した。
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| 今後の研究の推進方策 |
Nrf1が立体構造の形成不全、糖鎖等の修飾不良によって変性したタンパク質の認識や、分解および消去に関与するプロテアアソーム構成タンパク質群を統一的に制御することから、３Y、Klotho-/-およびNrf1欠失マウスにおいて共通する代謝異常の探索に取り組む。現時点では、全てのマウスにおいて、変性タンパク質が蓄積が確認できるが、その存在を認識する受容体タンパク質の発現が低いため、正常な小胞体ストレス応答ができないことが確認できた。加えて、プロテアソーム量も低いことから、変性タンパク質が蓄積し、小胞体ストレスを十分に解消できなくなっていると予想している。ただ、Nrf1を補正することで、変性タンパク質を除去できると想定しているが、現時点で、Nrf1を過剰発現しても、変性タンパク質の増加を防止できておらず、想定と現状が異なることについて、遺伝学的に検証を進めるために、mRNAシークエンス解析や、代謝物解析に取り組む。
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