ミトコンドリア活性化・新生による活性酸素の制御と糖尿病合併症治療への応用

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 16590889
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 代謝学
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 西川 武志 熊本大学, 大学院・医学薬学研究部, 助手 (70336212)
• 研究分担者: 宮村 信博 熊本大学, 医学部附属病院, 講師 (40274716) ; 榊田 典治 熊本大学, 大学院・医学薬学研究部, 助教授 (50170577)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2005
• キーワード: 糖尿病 / 糖尿病合併症 / ミトコンドリア / 酸化ストレス / AMPK / PGC-1α / MnSOD / ミトコンドリアバイオジェネシス

研究概要

糖尿病合併症発症、進展阻止は患者QOLのためにも、また医療経済上も重要である。申請者らはこれまでに糖尿病合併症発症におけるミトコンドリア由来活性酸素(mtROS)過剰産生の意義を提唱している(Nature,404:787-790,2000)。近年、メトホルミンが血糖改善効果とは独立した糖尿病合併症抑制効果を持つことが報告されたが、機序の詳細は不明である。今回の研究では、糖尿病合併症の新規治療法を確立するために必要な細胞内標的分子の同定を目的として、ヒト臍帯静脈内皮細胞を用いて、メトホルミンによるミトコンドリア由来活性酸素抑制作用、ならびにその機序の解明、さらにはメトホルミンによるミトコンドリアバイオジェネシス亢進作用を検討し、以下の1〜4の結果を得た。
1.高グルコース培養により細胞内ROS、mtROSの著明な増加が認められたが、メトホルミンおよびAMPK活性化薬であるAICARはいずれも濃度依存的に抑制した。
2.メトホルミンおよびAICAR投与でAMPKリン酸化の増加、PGC-1αmRNAの増加を認めた。また、PGC-1α過剰発現細胞ではmtROS抑制が認められたが、ドミナントネガティブ作用を持つAMPKα1(T172A)過剰発現細胞ではこれら薬剤の投与にもかかわらずmtROS抑制が認められなかった。
3.メトホルミンおよびAICAR投与でMnSOD mRNAの増加が認められたが、AMPKα1(T172A)過剰発現細胞ではこれら薬剤の投与にもかかわらずMnSOD mRNAの増加が認められなかった。
4.メトホルミンおよびAICAR投与またはPGC-1α過剰発現細胞ではNRF-1、mtTFA mRNA、mtDNA、ミトコンドリア数の増加を認めた。
以上より、メトホルミンはAMPK-PGC-1α経路の活性化によりmtROS除去酵素であるMnSODの発現増加を引き起こし、高グルコースによるmtROS産生増加を抑制していること、またAMPK-PGC-1α経路の活性化はミトコンドリアバイオジェネシス促進作用も併せ持つことを明らかにした。AMPK、PGC-1αは糖尿病合併症治療薬の開発のための標的分子である可能性が示唆される。

研究成果

• [雑誌論文] Activation of AMP-activated protein kinase reduces hyperglycemia-induced mitochondrial reactive oxygen species production possibly through induction of MnSOD and promotion of mitochondrial biogenesis in HUVECs. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kukidome D, Nishikawa T et al.
  • 雑誌名: Diabetes 55 ページ: 120-127
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Impact of mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) on insulin signaling. (2006)
  • 著者名/発表者名: Imoto K, Kukidome D, Nishikawa T et al.
  • 雑誌名: Diabetes 55 ページ: 1197-1204
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Activation of AMP-activated protein kinase reduces hyperglycemia-induced mitochondrial reactive oxygen species production possibly through induction of MnSOD and promotion of mitochondrial biogenesis in HUVECs. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kukidome D, Nishikawa T, Sonoda K, Imoto K, Fujisawa K, Yano M, Motoshima H, Taguchi T, Matsumura T, Araki E
  • 雑誌名: Diabetes 55 ページ: 120-127
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Impact of mitochondrial reactive oxygen species (ROS) and apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) on insulin signaling. (2006)
  • 著者名/発表者名: Imoto K, Kukidome D, Nishikawa T, Matsuhisa T, Sonoda K, Fujisawa K, Yano M, Motoshima H, Taguchi T, Tsuruzoe K, Matsumura T, Ichijo H, Araki E
  • 雑誌名: Diabetes 55 ページ: 1197-1204
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Adenosine monophosphate-activated protein kinase suppresses vascular smooth muscle cell proliferation through the inhibition of cell cycle progression. (2005)
  • 著者名/発表者名: Igata M, Motoshima H, Nishikawa T et al.
  • 雑誌名: Circ Res 97 ページ: 837-844
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Statins suppress oxidized low-density lipoprotein-induced macrophage proliferation by inactivation of small G protein-p38 MAPK pathway. (2005)
  • 著者名/発表者名: Senokuchi T, Matsumura T, Nishikawa T, et al.
  • 雑誌名: J Biol Chem 280 ページ: 6627-6633
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Adenosine monophosphate-activated protein kinase suppresses vascular smooth muscle cell proliferation through the inhibition of cell cycle progression. (2005)
  • 著者名/発表者名: Igata M, Motoshima H, Tsuruzoe K, Kojima K, Matsumura T, Kondo T, Taguchi T, Nakamaru K, Yano M, Kukidome D, Matsumoto K, Toyonaga T, Asano T, Nishikawa T, Araki E
  • 雑誌名: Circ Res 97 ページ: 837-844
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Statins suppress oxidized low density lipoprotein-induced macrophage proliferation by inactivation of the small G protein-p38 MAPK pathway. (2005)
  • 著者名/発表者名: Senokuchi T, Matsumura T, Sakai M, Yano M, Taguchi T, Matsuo T, Sonoda K, Kukidome D, Imoto K, Nishikawa T, Kim-Mitsuyama S, Takuwa Y, Araki E
  • 雑誌名: J Biol Chem 280 ページ: 6627-6633
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Extracellular signal-regulated kinase and p38 mitogen-activated protein kinase mediate macrophage proliferation induced by oxidized low-density lipoprotein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Senokuchi T, Matsumura T, Nishikawa T, et al.
  • 雑誌名: Atherosclerosis 176 ページ: 233
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 15d-PGJ2 inhibits oxidized LDL-induced macrophage proliferation by inhibition of GM-CSF production via inactivation of NF-KB. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsuo T, Matsumura T, Nishikawa T, et al.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commum 314 ページ: 817
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 15d-PGJ2 inhibits oxidized LDL-induced macrophage proliferation by inhibition of GM-CSF production via in activation of NF-kappaB. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsuo T, Matsumura T, Sakai M, Senokuchi T, Yano M, Kiritoshi S, Sonoda K, Kukidome D, Pestell RG, Brownlee M, Nishikawa T, Araki E
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 314 ページ: 817-823
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Extracellular signal-regulated kinase and p38 mitogen-activated protein kinase mediate macrophage proliferation induced by oxidized low-density lipoprotein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Senokuchi T, Matsumura T, Sakai M, Matsuo T, Yano M, Kiritoshi S, Sonoda K, Kukidome D, Nishikawa T, Araki E
  • 雑誌名: Atherosclerosis 176 ページ: 233-245
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より