ミトコンドリアへの新たな脂肪酸輸送経路の解明

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 15K14476
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 梅田 真郷 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (10185069)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 脂質 / 脂肪酸 / ミトコンドリア / エネルギー代謝 / 筋肉

研究実績の概要

昆虫は飛翔時に極めて高い代謝率を示すことが知られており、飛翔時のエネルギー消費量は運動選手の最大エネルギー消費量の30倍にも達する。このような多量のエネルギーを産生するためには、極めてエネルギー効率の高い代謝経路を備えている必要がある。カルニチンパルミトイルトランスフェラーゼ(CPT1)は、細胞質中のアシルCoAをアシルカルニチンへと変換することにより長鎖脂肪酸のミトコンドリア内への輸送を行う酵素である。CPT1はミトコンドリア内への長鎖脂肪酸の輸送および引き続くβ酸化の律速酵素として働き、エネルギー代謝制御の中心的な役割を担うことから同酵素の哺乳動物における欠損は胎生致死をもたらす。一方、申請者はCPT1を完全欠損したショウジョウバエが脂質・エネルギー代謝に全く異常を示さないことを見出した。さらに、ショウジョウバエの分子遺伝学的手法を駆使して、CPT1経路を代替するミトコンドリアへの新たな脂肪酸輸送経路を探索するスクリーニング系を確立した。
本年度は、ショウジョウバエの脂肪酸代謝の特異性について詳細な解析を加え、ショウジョウバエのトリアシルグリセロールには、哺乳動物には少ないミリスチン酸（C14:0）が多く含まれ、単離したミトコンドリアでの脂肪酸代謝の定量によりミリスチン酸が他の脂肪酸よりも効率よく代謝されることを明らかにした。これらの知見は、ショウジョウバエにはミリスチン酸を効率良く代謝する経路が存在することを示唆している。さらに、骨格筋を標的としてCPT1と他の遺伝子を同時にノックダウンして、脂質代謝に異常をきたす遺伝子を探索し、その結果複数の候補遺伝子を同定することに成功した。

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

ショウジョウバエのユニークな脂肪酸代謝経路が存在することを示唆する知見を得ることが出来た。また、骨格筋を標的とした分子遺伝学的スクリーニングによりミトコンドリアにおける新たな脂肪酸輸送に関与する分子群の同定に成功した。

今後の研究の推進方策

これまでに同定した候補タンパク質を介するミトコンドリアへの脂肪酸輸送を明らかにするために、哺乳動物およびショウジョウバエ培養細胞を用いた脂肪酸輸送測定系を確立する。当該タンパク質が筋組織特異的なスクリーニングにより得られたこと、筋組織での脂質代謝異常・蓄積が肥満とそれに伴うインスリン抵抗性に重要な役割を担うこと、筋細胞では細胞外から取り込まれた脂肪酸の多くがミトコンドリアへ輸送されること等の理由により、哺乳動物細胞ではマウス筋細胞株C2C12を用いて解析を進める。まず、Bodipy等の蛍光団で標識された各種脂肪酸のミトコンドリアへの輸送に及ぼす当該分子の影響を詳細に解析する。並行して放射性同位体標識した脂肪酸の取り込み量を測定し、この際、放射性同位体標識した脂肪酸代謝物の産生を定量的に解析することにより、ミトコンドリアへと輸送された脂肪酸のエネルギー産生への寄与も評価する。

次年度使用額が生じた理由

遺伝子改変のための制限酵素購入を予定していたが、当該年度での使用予定がなくなったため、次年度に購入することにした。

次年度使用額の使用計画

制限酵素の購入

研究成果

• [雑誌論文] Evaluation of aegerolysins as novel tools to detect and visualize ceramide phosphoethanolamine, a major sphingolipid in invertebrates. (2015)
  • 著者名/発表者名: Bhat, H. B., Ishitsuka, R., Inaba, T., Murate, M., Abe, M., Makino, A., Kohyama-Koganeya, A., Nagao, K., Kurahashi, A., Kishimoto, T., Tahara, M., Yamano, A., Nagamune, K., Hirabayashi, Y., Juni, N., Umeda, M., Fujimori, F., Nishibori, K., Yamaji-Hasegawa, A., Greimel, P., Kobayashi, T.
  • 雑誌名: FASEB.J. 巻: 29 ページ: 3920-3934
  • DOI: 10.1096/fj.15-272112
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Development of a novel tetravalent synthetic peptide that binds to phosphatidic acid. (2015)
  • 著者名/発表者名: Ogawa R, Nagao K, Taniuchi K, Tsuchiya M, Kato U, Hara Y, Inaba T, Kobayashi T, Sasaki Y, Akiyoshi K, Watanabe-Takahashi M, Nishikawa K, *Umeda M.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 10 ページ: e0131668
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0131668
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 膜脂質ダイナミクスを介する細胞機能の制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 梅田真郷
  • 学会等名: 日本膜学会「第38年会」
  • 発表場所: 早稲田大学(東京）
  • 年月日: 2016-05-10
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質を介するエネルギー代謝と温度調節行動の制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 梅田真郷
  • 学会等名: 第93回日本生理学会大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター(札幌）
  • 年月日: 2016-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] 生体膜脂質と温度感受性システム (2016)
  • 著者名/発表者名: 梅田真郷
  • 学会等名: 第36回白金シンポジウム
  • 発表場所: 北里大学薬学部(東京）
  • 年月日: 2016-02-27
  • 招待講演
• [学会発表] 生体膜におけるリン脂質分子の運動と機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梅田真郷
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学(金沢）
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] 呼吸とエネルギー代謝：昆虫の秘密から学ぶ (2015)
  • 著者名/発表者名: 梅田真郷
  • 学会等名: 第19回酵素ダイナミクス研究会
  • 発表場所: 東京女子医科大学(東京）
  • 年月日: 2015-09-12
  • 招待講演
• [学会発表] Asymmetric transbilayer distribution of membrane phospholipids is disrupted by constitutive activation of phospholipid scramblase in insect cells. (2015)
  • 著者名/発表者名: Masato Umeda
  • 学会等名: Lipids, Molecular & Cellular Biology of Gordon Research Conference
  • 発表場所: Waterville Valley（USA）
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] 生物の温度応答と生体膜システムの関係 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梅田真郷
  • 学会等名: 第59回生物医工学サロン
  • 発表場所: 京都大学再生医科学研究所(京都）
  • 年月日: 2015-06-22
  • 招待講演
• [学会発表] 生物のロバスト制御と脂質生物学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 梅田真郷
  • 学会等名: 第57回日本脂質生化学会
  • 発表場所: 一橋大学一橋講堂(東京）
  • 年月日: 2015-05-29
  • 招待講演