アミノ酸シグナルに応答した臓器特異的な脂質代謝制御機構の解明と脂肪蓄積法の開発

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H04583
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 伯野 史彦 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (30282700)
• 研究分担者: 伊藤 昭博 国立研究開発法人理化学研究所, 吉田化学遺伝学研究室, 専任研究員 (40391859) ; 藤井 渉 東京大学, 農学生命科学研究科, 助教 (40708161)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 脂質代謝 / アミノ酸栄養

研究実績の概要

肝臓における低アミノ酸状態による脂肪蓄積の分子機構の解明するため、低アミノ酸栄養状態で変化する脂質代謝段階の同定を試みた。その結果、細胞への糖取り込み活性、脂肪合成に関わる酵素（FAS）の活性が、低アミノ酸栄養状態で上昇していた。
低アミノ酸栄養状態で、IRS2タンパク質が著増していたため、IRS2と結合するタンパク質を網羅的に探索したところ、脂質代謝関連タンパク質がいくつか単離されてきた。
筋肉において低アミノ酸状態による脂肪蓄積の分子機構を解明するため、筋肉細胞を低アミノ酸培地で培養したところ、脂肪蓄積は認められなかった。この結果は、筋肉細胞は細胞自律的にアミノ酸濃度をモニターして、脂肪蓄積を誘導しているわけではないことが明らかとなった。このため、肝臓と筋肉では低アミノ酸状態によって脂肪が蓄積する機構が全く異なると考えられた。
さらに、アミノ酸量を変化させた種々の餌を作成し、これをラットに給餌、ラットの血中アミノ酸濃度と肝臓脂肪量を測定し、これらのデータを機械学習で解析した。その結果、肝臓への脂肪量を血中アミノ酸濃度からエラー率数％で予想することが可能となった。
さらに同じデータを自己組織化マッピングで解析したところ、血中のアミノ酸濃度からラットの生理状態を滑らかに分類することができた。

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

肝臓組織において、低アミノ酸栄養状態によって上昇する脂質代謝段階を同定することができた。さらにIRS-2結合タンパク質の中に多くの脂質代謝関連酵素を見出すことができた。筋肉は細胞自律的に低アミノ酸状態をモニターしていないため、in vivoでの解析が必要であることが明らかとなった。さらにニューラルネットワークを用いて、血中アミノ酸濃度から肝臓への脂肪量を予測することが可能となった。このように当初の計画した解析結果はすべて得られており、研究は順調に進展している。

今後の研究の推進方策

阻害剤を用いた研究成果より、IRS-2以外のシグナル分子も低アミノ酸栄養状態による脂肪蓄積に大きな影響を与えていると考えられた。そこで平成２８年度は、当初の研究計画に加えて、IRS-2以外のシグナル分子も候補分子と考えて解析を行う。さらに、筋肉組織においては肝臓とは全く異なる脂肪蓄積機構が存在することが明らかとなった。そこで筋肉組織における脂肪蓄積はin vivoやex vivoの系を使いながらメカニズム解明を試みる。機械学習により血中アミノ酸状態から肝臓の脂質量を予測することが可能となった。この予測式を利用して、肝臓により多く脂肪を蓄積させる最適化された餌組成の予測、さらに肝臓に脂肪を蓄積するメカニズムの解明を試みる。

研究成果

• [雑誌論文] Rapid increase in fibroblast growth factor 21 in protein malnutrition and its impact on growth and lipid metabolism (2015)
  • 著者名/発表者名: Ozaki Y, Saito K, Nakazawa K, Konishi M, Itoh N, Hakuno F, Takahashi S-I, Kato H, *Takenaka A
  • 雑誌名: Br J Nutr. 巻: 114 ページ: 1410-1418
  • DOI: 10.1017/S0007114515002846
  • 査読あり
• [雑誌論文] The novel functions of high-moleular-mass complexes containing IRSs in mediation and modulation of insulin-like activities: Emerging concept of diverse functions by IRS-associated proteins. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hakuno F, Fukushima T, Yoneyama Y, Kamei H, Ozoe A, Yoshihara H, Yamanaka D, Shibano T, Sone-Yonezawa M, Yu BC, Chida K, *Takahashi S-I
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 6 ページ: 73
  • DOI: 10.3389/fendo.2015.00073
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nedd4-induced monoubiquitination of IRS-2 enhances IGF signalling and mitogenic activity. (2015)
  • 著者名/発表者名: 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, *Takahashi S-I.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 6 ページ: 6780
  • DOI: 10.1038/ncomms7780
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Analysis of insulin receptor substrate signaling dynamics on microstructured surfaces. (2015)
  • 著者名/発表者名: Lanzerstorfer P, Yoneyama Y, Hakuno F, Muller U, Hoglinger O, Takahashi S-I, *Weghuber J.
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 282 ページ: 987-1005
  • DOI: 10.1111/febs.13213.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] TNF-α-induced repression of GKAP42 protein levels through cGMP-dependent kinase (cGK)-Iα causes insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ando Y, Shinozawa Y, Iijima Y, Yu BC, Sone M, Ooi Y, Watanaka Y, Chida K, *Hakuno F, Takahashi S-I.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: 290 ページ: 5881-5892
  • DOI: 10.1074/jbc.M114.624759.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] インスリン受容体基質を含む巨大分子複合体を介した新しいインスリン様活性調節機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋伸一郎、福嶋俊明、安藤泰年、伯野史彦
  • 雑誌名: バイオサイエンスとインダストリー 巻: 74 ページ: 21-25
• [学会発表] 巨大なシグナル分子複合体IRSomeがインスリン活性の調節に果たす新しい役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高橋伸一郎、伯野史彦、安藤康年
  • 学会等名: ワークショップ第３８回日本分子生物学会年会／第８８回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-02 – 2015-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] 食餌中の全アミノ酸やリジンの不足は筋肉への脂肪蓄積を誘導する (2015)
  • 著者名/発表者名: 合田祐貴、西宏起、山中大介、亀井宏泰、山内啓太郎、勝俣昌也、潮秀樹、加藤久典、千田和広、伯野史彦、高橋伸一郎
  • 学会等名: 第３８回日本分子生物学会年会／第８８回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] アミノ酸欠乏をシグナルとした肝臓特異的な脂質蓄積の新機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西宏起、山中大介、亀井宏泰、森友美、豊島由香、竹中麻子、潮秀樹、千田和広、伯野史彦、高橋伸一郎
  • 学会等名: 第３８回日本分子生物学会年会／第８８回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] 筋分化過程でIRS-1の発現量の違いが細胞競合を引き起こす (2015)
  • 著者名/発表者名: 臼井杏美、米山鷹介、千田和広、高橋伸一郎、伯野史彦
  • 学会等名: 第３８回日本分子生物学会年会／第８８回日本生化学会大会合同大会
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [学会発表] Fatty liver caused by acute amino acid deficiency (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Nishi, Fumihiko Hakuno, Shin-Ichiro Takahashi
  • 学会等名: International Seminar: Current boundaries of the expanding landscape of insulin-like activities
  • 発表場所: スペイン マドリッド
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Lipid accumulation in muscle by chronic amino acid deficiency (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuuki Gouda, Fumihiko Hakuno, Shin-Ichiro Takahashi
  • 学会等名: International Seminar: Current boundaries of the expanding landscape of insulin-like activities and beyond
  • 発表場所: スペイン マドリッド
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Negative feedback regulation of IGF-I receptor internalization by insulin receptor substrates (2015)
  • 著者名/発表者名: Fumihiko Hakuno, Yousuke Yoneyama, Shin-Ichiro Takahashi
  • 学会等名: International Seminar: Current boundaries of the expanding landscape of insulin-like activities and beyond
  • 発表場所: スペイン マドリッド
  • 年月日: 2015-09-24 – 2015-09-26
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of branched-chain amino acids on insulin secretion during feeding. (2015)
  • 著者名/発表者名: Mami Horiuchi, Tomoya Takeda, Yori Ozaki, Fumihiko Hakuno, Shin-Ichiro Takahashi, Asako Takenaka.
  • 学会等名: 12th Asian Congress of Nutrition.
  • 発表場所: Yokohama Japan
  • 年月日: 2015-05-14 – 2015-05-18
  • 国際学会
• [備考] 動物細胞制御学研究室
  • URL: http://endo.ar.a.u-tokyo.ac.jp/shingroup/index.html
• [備考] 東京大学大学院農学生命科学研究科研究成果
  • URL: http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2015/20150409-1.html