代謝シグナルに応答した骨格筋幹細胞の増殖・分化スイッチングの新規分子機構の解明

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K18766
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 米山 鷹介 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任研究員 (10748289)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: インスリン様成長因子 / インスリン受容体基質 / アセチル化

研究実績の概要

本研究は、組織幹細胞の一つである骨格筋芽細胞の機能維持に必須なホルモンであるインスリン様成長因子（IGF）のシグナル仲介分子、インスリン受容体基質IRS-1が細胞内の代謝活性に応じてアセチル化されることで、IGFシグナルが変動、この変動を介して筋芽細胞の増殖・分化が決定されることを明らかにすることを目的としている。
骨格筋由来の培養細胞株をモデルとして、筋分化過程におけるIRS-1のアセチル化量を解析した結果、筋芽細胞が増殖を停止し分化過程へ移行すると、IRS-1のアセチル化が低下することがわかった。その際、IRS-1を脱アセチル化する酵素であるHDAC6の発現量が増加していた。分化過程で上昇するNAD+は脱アセチル化酵素SirTファミリーの補因子として働くが、いずれのSirT分子種も筋芽細胞ではIRS-1を脱アセチル化しないことから、骨格筋分化過程において、細胞内のアセチルCoAやHDAC6の発現量の変動を介して、IRS-1のアセチル化が制御されることが示唆された。
筋芽細胞をHDAC6の特異的阻害剤で長時間処理すると、IRS-1量が減少し、下流経路のAktのリン酸化が減弱することがわかった。さらに、CRISPR-Cas9システムによってHDAC6ノックアウト細胞株を樹立したところ、IRS-1量が対象細胞に比べて減少することを見出した。現在、HDAC6が筋芽細胞の増殖や分化に果たす役割について、HDAC6ノックアウト細胞株を用いた解析を行っている。
以上の成果から、骨格筋の分化過程において、HDAC6を介したIRS-1のアセチル化の制御機構がIGFシグナルによる筋芽細胞の増殖・分化の決定に働く可能性が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Glucose deprivation attenuates sortilin levels in skeletal muscle cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Ariga M, Yoneyama Y, Fukushima T, Ishiuchi Y, Ishii T, Sato H, Hakuno F, Nedachi T, Takahashi S
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 64 ページ: 255-268
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ16-0319
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Prolonged IGF signaling by IRS-1-mediated control of delayed IGF-IR internalization (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama Y, Lanzerstorfer P, Weghuber J, Hakuno F, Takahashi S
  • 学会等名: Gordon Research Conference: IGF & Insulin System in Physiology & Disease
  • 発表場所: Ventura, CA, USA
  • 年月日: 2017-03-12 – 2017-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] Early embryonic insulin receptor substrate-1 signaling underpins neural crest cell survival contributing to catch-up growth induced by changing environmental oxygen tension in developing zebrafish (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamei H, Yoneyama Y, Hakuno F, Sawada R, Shimizu T, Duan C, Takahashi S
  • 学会等名: Gordon Research Conference: IGF & Insulin System in Physiology & Disease
  • 発表場所: Ventura, CA, USA
  • 年月日: 2017-03-12 – 2017-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] The SCF-b-TRCP E3 ligase complex induces IRS-1 degradation mediated by mTORC1 pathway (2017)
  • 著者名/発表者名: Inamitsu T, Yoneyama Y, Chida K, Hakuno F, Takahashi S
  • 学会等名: Gordon Research Conference: IGF & Insulin System in Physiology & Disease
  • 発表場所: Ventura, CA, USA
  • 年月日: 2017-03-12 – 2017-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of IRS-1-induced cell competition in myogenic differentiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Usui A, Hakuno F, Yoneyama Y, Kamei H, Chida K, Takahashi S
  • 学会等名: Gordon Research Conference: IGF & Insulin System in Physiology & Disease
  • 発表場所: Ventura, CA, USA
  • 年月日: 2017-03-12 – 2017-03-17
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of receptor tyrosine kinases and G-protein coupled receptor signaling dyanamics on micro-structured surfaces (2017)
  • 著者名/発表者名: Lanzerstorfer P, Yoneyama Y, Hakuno F, Zindel D, Muller U, Krasel C, Buenemann M, Hoeglinger O, Takahashi S, Weghuber J
  • 学会等名: Biophysical Society 61th Annual Meeting
  • 発表場所: New Orleans, LA, USA
  • 年月日: 2017-02-11 – 2017-02-15
  • 国際学会
• [学会発表] Temporal regulation of insulin-like growth factor signaling by IRS-1-dependent feedback loops (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoneyama Y
  • 学会等名: Insulin-like signaling and nutrient signaling: universal signaling for extention of healthy lifespan and improvement of quality for humans and animals
  • 発表場所: The University of Tokyo, Tokyo, Japan
  • 年月日: 2017-01-24 – 2017-01-26
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] SCFユビキチンリガーゼ複合体によるリン酸化依存的なインスリン受容体基質の分解制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 稲光智美、米山鷹介、千田和広、伯野史彦、高橋伸一郎
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [備考] 動物細胞制御制御学研究室
  • URL: http://endo.ar.a.u-tokyo.ac.jp/shingroup/index.html