WNKシグナル系の新規機能の探索と制御機構の解明

2017 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 16K09642
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 頼 建光 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附講座教授 (80334431)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: KLHL3 / Cullin3 / ユビキチン / 偽性低アルドステロン症II型 / PHAII / NKCC1 / ループ利尿薬 / サルコペニア

研究実績の概要

当該年度においては：(1) KLHL-Cullin3複合体によるWNKキナーゼ分解障害による病態の生体内での検討 (2) KLHL3/Cul3/WNKシグナルの各臓器での働きの解明、を行った。
(1) KLHL3ノックアウトマウスを作製、解析した。KLHL3-/-マウスはPHAII様のphenotypeを示したが、KLHL3+/-マウスは示さなかった。このことからKLHL3変異によって起こる常染色体優性のPHAIIの病態形成には変異KLHL3タンパクのdominant negative効果が必要であることが示された。さらにこのdominant negative効果の発症メカニズムには、KLHL3の二量体形成が関与していることも示した。また、KLHL2ノックアウトマウスの作成、解析も行った。KLHL2-/-マウスはPHAII様phenotypeを示さなかった。KLHL2の発現部位は腎臓髄質に限局しており、KLHL2-/-マウスでは腎臓髄質においてWNK4の発現が増加していた。このことから、KLHL2は腎臓髄質特異的なWNKシグナル制御因子であることが示された。
(2) WNK4ノックアウトマウスを作製、解析した。WNK4-/-マウスが肥満症に対して抵抗性を有することを見出し、WNK4が脂肪細胞の分化誘導の調節因子であることを発見した。また、骨格筋細胞の分化の過程でNKCC1が誘導されること、そしてこの過程はループ利尿薬により阻害されること、さらにはループ利尿薬が運動による筋線維の肥大化を抑制することも示した。このことから、NKCC1は筋肉の分化、運動誘発性肥大に重要な役割を果たしていることが示された。

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

本研究課題の当該年度の目標として：(1) 新規KLHL3/Cul3/WNKシグナル制御メカニズムの解明 (2) KLHL-Cullin3複合体によるWNKキナーゼ分解障害による病態の生体内での検討 (3) KLHL3/Cul3/WNKシグナルの各臓器での働きの解明、を挙げていた。当該年度においてはKLHL3、KLHL2、およびWNK4のノックアウトマウスの作成に成功し、KLHL3とKLHL2によるWNKシグナルの制御メカニズムについて重要な新知見を得ることができた。また腎臓以外の、脂肪組織や筋肉におけるWNKシグナル系の機能についても新規発見を行った。

今後の研究の推進方策

(1) 新規KLHL3/Cul3/WNKシグナル制御メカニズムの解明：KLHL3とKLHL2が腎臓と血管平滑筋においてどのように発現制御されているかを明らかにする。塩分摂取との関連をみるために、塩分負荷・塩分制限、アンジオテンシンII・アルドステロン・バソプレシンなどの液性因子の負荷を行い、腎臓・血管平滑筋におけるKLHL3・KLHL2・WNKキナーゼの変化を検討する
(2) KLHL-Cullin3複合体によるWNKキナーゼ分解障害による病態の生体内での検討 ：WNKキナーゼ分解障害が関わる病態を生体内で明らかにするためには病態モデルの作成と解析が不可欠である。引き続き、KLHL3・Cullin3のコンディショナルノックアウトマウス、Cullin3疾患起因性遺伝子変異ノックインマウスなどの遺伝子改変マウスの作成と解析を進める
(3) KLHL3/Cul3/WNKシグナルの各臓器での働きの解明：血圧調整以外の病態におけるWNKシグナルの重要性が明らかになりつつある。WNKキナーゼは腎臓と血管平滑筋以外にも脂肪細胞、脳・神経、消化管上皮、心筋、免疫細胞などにも発現しており、これらの臓器における機能・制御機構・疾患との関わりについて、WNKシグナル系の関与を明らかにしていく。

研究成果

• [雑誌論文] Loop diuretics are associated with greater risk of sarcopenia in patients with non-dialysis-dependent chronic kidney disease (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishikawa Seiko、Naito Shotaro、Iimori Soichiro、Takahashi Daiei、Zeniya Moko、Sato Hidehiko、Nomura Naohiro、Sohara Eisei、Okado Tomokazu、Uchida Shinichi、Rai Tatemitsu
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 ページ: e0192990
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0192990
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Metformin increases urinary sodium excretion by reducing phosphorylation of the sodium-chloride cotransporter (2018)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Hiroko、Nomura Naohiro、Shoda Wakana、Isobe Kiyoshi、Kikuchi Hiroaki、Yamamoto Kouhei、Fujimaru Takuya、Ando Fumiaki、Mori Takayasu、Okado Tomokazu、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi、Sohara Eisei
  • 雑誌名: Metabolism 巻: 85 ページ: 23～31
  • DOI: 10.1016/j.metabol.2018.02.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] KLHL3 Knockout Mice Reveal the Physiological Role of KLHL3 and the Pathophysiology of Pseudohypoaldosteronism Type II Caused by Mutant KLHL3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Emi、Susa Koichiro、Mori Takayasu、Isobe Kiyoshi、Araki Yuya、Inoue Yuichi、Yoshizaki Yuki、Ando Fumiaki、Mori Yutaro、Mandai Shintaro、Zeniya Moko、Takahashi Daiei、Nomura Naohiro、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi、Sohara Eisei
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 37 ページ: e00508～16
  • DOI: 10.1128/MCB.00508-16
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] WNK4 is an Adipogenic Factor and Its Deletion Reduces Diet-Induced Obesity in Mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi Daiei、Mori Takayasu、Sohara Eisei、Tanaka Miyako、Chiga Motoko、Inoue Yuichi、Nomura Naohiro、Zeniya Moko、Ochi Hiroki、Takeda Shu、Suganami Takayoshi、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi
  • 雑誌名: EBioMedicine 巻: 18 ページ: 118～127
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2017.03.011
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Impaired degradation of medullary WNK4 in the kidneys of KLHL2 knockout mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasagi Yuri、Takahashi Daiei、Aida Tomomi、Nishida Hidenori、Nomura Naohiro、Zeniya Moko、Mori Takayasu、Sasaki Emi、Ando Fumiaki、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi、Sohara Eisei
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 487 ページ: 368～374
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.04.068
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loop diuretics affect skeletal myoblast differentiation and exercise-induced muscle hypertrophy (2017)
  • 著者名/発表者名: Mandai Shintaro、Furukawa Susumu、Kodaka Manami、Hata Yutaka、Mori Takayasu、Nomura Naohiro、Ando Fumiaki、Mori Yutaro、Takahashi Daiei、Yoshizaki Yuki、Kasagi Yuri、Arai Yohei、Sasaki Emi、Yoshida Sayaka、Furuichi Yasuro、Fujii Nobuharu L.、Sohara Eisei、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 46369～46369
  • DOI: 10.1038/srep46369
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Salt suppresses IFNγ inducible chemokines through the IFNγ-JAK1-STAT1 signaling pathway in proximal tubular cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Arai Yohei、Takahashi Daiei、Asano Kenichi、Tanaka Masato、Oda Mayumi、Ko Shigeru B. H.、Ko Minoru S. H.、Mandai Shintaro、Nomura Naohiro、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi、Sohara Eisei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 46580～46580
  • DOI: 10.1038/srep46580
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] WNK4 is indispensable for the pathogenesis of pseudohypoaldosteronism type II caused by mutant KLHL3 (2017)
  • 著者名/発表者名: Susa Koichiro、Sohara Eisei、Takahashi Daiei、Okado Tomokazu、Rai Tatemitsu、Uchida Shinichi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 491 ページ: 727～732
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.07.121
  • 査読あり
• [雑誌論文] 【腎臓学 この一年の進歩】 尿細管生理 (2017)
  • 著者名/発表者名: 頼建光、内田信一
  • 雑誌名: 日本腎臓学会誌 巻: 50 ページ: 28～34
• [雑誌論文] 【腎臓医が知っておきたい分子遺伝学の進歩】 疾患編 Bartter/Gitelman症候群、Liddle症候群、PHAII (2017)
  • 著者名/発表者名: 頼建光
  • 雑誌名: 腎と透析 巻: 82 ページ: 431～439
• [学会発表] 塩は近位尿細管細胞においてJAK/STAT系を介してIFNgamma関連ケモカインを抑制する (2017)
  • 著者名/発表者名: 新井洋平、蘇原映誠、高橋大栄、浅野謙一、田中正人、小田真由美、洪繁、洪実、萬代新太郎、野村尚弘、頼建光、内田信一
  • 学会等名: 第60回日本腎臓学会学術総会
• [学会発表] ループ利尿薬はマウス骨格筋細胞分化および運動による筋肥大効果を抑制する (2017)
  • 著者名/発表者名: 萬代新太郎、古川晋、小高愛未、畑裕、森崇寧、野村尚弘、蘇原映誠、頼建光、内田信一
  • 学会等名: 第60回日本腎臓学会学術総会
• [学会発表] WNK4は脂肪細胞分化の制御因子である (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋大栄、森崇寧、蘇原映誠、田中都、千賀宗子、井上佑一、野村尚弘、銭谷慕子、越智広樹、竹田秀、菅波孝祥、頼建光、内田信一
  • 学会等名: 第60回日本腎臓学会学術総会
• [学会発表] 変異CUL3によるPHAIIの発症にはKLHL3の発現低下が関与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉田紗矢香、蘇原映誠、荒木雄也、笠木祐里、佐々木絵美、須佐紘一郎、森崇寧、井上佑一、磯部清志、頼建光、内田信一
  • 学会等名: 第60回日本腎臓学会学術総会
• [学会発表] KLHL2は腎臓でWNK4蛋白の分解を行う (2017)
  • 著者名/発表者名: 笠木祐里、蘇原映誠、相田知海、高橋大栄、西田秀範、野村尚弘、銭谷慕子、森崇寧、佐々木絵美、安藤史顕、頼建光、内田信一
  • 学会等名: 第60回日本腎臓学会学術総会
• [学会発表] WNK1はマクロファージにおけるLPS誘導性サイトカイン産生を抑制する (2017)
  • 著者名/発表者名: 新井洋平、蘇原映誠、浅野謙一、田中正人、頼建光、内田信一
  • 学会等名: 第60回日本腎臓学会学術総会
• [学会発表] WNK4は脂肪細胞分化の制御因子である (2017)
  • 著者名/発表者名: 高橋大栄、森崇寧、蘇原映誠、田中都、千賀宗子、井上佑一、野村尚弘、銭谷慕子、越智広樹、竹田秀、菅波孝洋、頼建光、内田信一
  • 学会等名: 第8回分子腎臓フォーラム
• [学会発表] WNK4 deletion inhibits adipogenesis in vitro and in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Takahashi D, Mori T, Sohara E, Miyako Tanaka M, Inoue Y, Nomura N, Chiga M, Zeniya M, Suganami T, Rai T, Uchida S
  • 学会等名: American Society of Nephrology Kidney Week 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Decreased protein expression of KLHL3 is involved in the pathogenesis of PHAII caused by CUL3 mutation in vivo (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida S, Araki Y, Mori T, Sasaki E, Kasagi Y, Isobe K, Susa K, Inoue Y, Rai T, Uchida S, Sohara E
  • 学会等名: American Society of Nephrology Kidney Week 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Generation and analysis of KLHL2 knockout mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasagi Y, Takahashi D, Aida T, Nishida H, Nomura N, Zeniya M, Mori T, Sasaki E, Ando F, Rai T, Uchida S, Sohara E
  • 学会等名: American Society of Nephrology Kidney Week 2017
  • 国際学会
• [学会発表] A high salt diet suppressed CXCL9 and CXCL10 in proximal tubules through the IFNγ-JAK1-STAT1 signaling pathway (2017)
  • 著者名/発表者名: Arai Y, Takahashi D, Asano K, Tanaka M, Oda M, Ko SB, Ko MS, Mandai S, Nomura N, Rai T, Uchida S, Sohara E
  • 学会等名: American Society of Nephrology Kidney Week 2017
  • 国際学会
• [備考] 糖尿病治療薬メトホルミンが、腎臓からの塩分排泄を増加させる
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20180309_1.pdf
• [備考] 保存期腎不全患者におけるループ利尿薬使用はサルコペニア合併と関連する可能性がある
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20180227_1.pdf
• [備考] 塩分負荷が腎臓の近位尿細管細胞のインターフェロンγ誘導性の免疫応答を抑制する
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20170420.pdf
• [備考] 骨格筋の形成・肥大にNa-K-Cl共輸送体（NKCC）が関与
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20170418.pdf
• [備考] 血圧制御因子WNK4が脂肪組織では脂肪細胞の分化を制御する
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/archive-tmdu/kouhou/20170330.pdf