脂質の量と質が制御するオルガネラ恒常性の分子機構の解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H04051
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 島野 仁 筑波大学, 医学医療系, 教授 (20251241)
• 研究分担者: 関谷 元博 筑波大学, 医学医療系, 准教授 (50420245) ; 松坂 賢 筑波大学, 医学医療系, 教授 (70400679) ; 中川 嘉 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 准教授 (80361351) ; 韓 松伊 筑波大学, 国際統合睡眠医科学研究機構, 研究員 (80729541)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 脂肪酸 / 小胞体 / ミトコンドリア

研究実績の概要

本研究では、脂質の量や質の制御の場を臓器や細胞全体からオルガネラレベルに移し、オルガネラ脂質環境の恒常性維持機構を理解し、その破綻による“オルガネラリポトキシシティ”の分子メカニズムを解明ることを目的とする。
新規プロテアーゼ（R4）による脂質種特異的なSREBP-1活性化制御機構の解析では、in vitro実験の結果、 R4が飽和脂肪酸によるSREBP-1の活性化を亢進し、不飽和脂肪酸によるSREBP-1活性化抑制に働くことを明らかにした。また、マウス肝臓を用いたin vivo実験において、不飽和脂肪酸EPAによるSREBP-1 活性化抑制がR4ノックアウトマウスでは減弱することから、EPAによるSREBP-1抑制作用にR4が関わっていることを明らかにした。
脂肪酸伸長酵素Elovl6による脂質の質的制御では、肝臓特異的Elovl6欠損マウスを用いて、①Elovl6がPnpla3と協調してC18セラミドを介してインスリン感受性を制御すること、②C18セラミドはPP2Aの内因性阻害因子SET/I2PP2Aに結合してSET/I2PP2Aを PP2Aから解離させ、PP2Aを活性化させることによりAktの脱リン酸化を亢進し、インスリン感受性を減弱させること、③C18セラミドの合成には小胞体膜上でのElovl6-セラミド合成酵素複合体および小胞体-脂肪滴コンタクトサイトでのPnpla3-セラミド合成酵素複合体が関与することを明らかにした。
ELOVL6欠損細胞で観察されたミトコンドリアの形態異常について、その異常形態自体が持つ生理的意義を理解するために、任意のタイミングでミトコンドリアの形態をELOVL6欠損細胞で観察される異常形態に近いものへと変化させることができる実験システムを開発した。また本システムについては特許出願も行った。

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

栄養状態にともなう膜結合型転写因子の活性変化と膜脂質環境との関連、および細胞内脂肪酸組成と特定のオルガネラとの機能の関連を明らかにしているため。

今後の研究の推進方策

転写因子SREBP-1の小胞体における活性化（切断）を制御する新規プロテアーゼの活性、構造、SREBP-1との相互作用におよぼす脂肪酸の種類の影響を培養細胞およびリポソームを使って解析する。また、脂肪酸伸長酵素Elovl6の活性を変化させた褐色脂肪細胞、マウス線維芽細胞、ES細胞に対してリピドミクス解析を実施し、特にミトコンドリア機能を制御する脂質分子種とその分子メカニズムを解析する。

膜結合型転写因子SREBPおよびCREBHのに結合する活性制御タンパクを同定し、栄養状態、特にオルガネラ脂質の変化に呼応するタンパク複合体形成モデルを明らかにする。また、新規プロテアーゼ（R4）による脂質種特異的なSREBP-1活性化制御機構については、これら脂質種がもたらすER膜構造の流動性によるSREBP-1-R4複合体の変化をFRAP法などにより明らかにし、詳細な制御機構の解析を進める。また、脂肪酸伸長酵素Elovl6の活性を変化させた肝細胞、脂肪細胞、線維芽細胞などを利用し、Elovl6が、小胞体、脂肪滴、ミトコンドリア、リソソームの脂質分子種とその機能におよぼす影響を解析する。

研究成果

• [雑誌論文] A new perspective on type 2 diabetes, dyslipidemia, and non-alcoholic fatty liver disease. (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaka T, Shimano H.
  • 雑誌名: J Diabetes Investig. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1111/jdi.13258.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CREBH Improves Diet-Induced Obesity, Insulin Resistance, and Metabolic Disturbances by FGF21-Dependent and FGF21-Independent Mechanisms. (2020)
  • 著者名/発表者名: Satoh A, Han SI, Araki M, Nakagawa Y, Ohno H, Mizunoe Y, Kumagai K, Murayama Y, Osaki Y, Iwasaki H, Sekiya M, Konishi M, Itoh N, Matsuzaka T, Sone H, Shimano H.
  • 雑誌名: iScience. 巻: 23(3) ページ: 100930.
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.100930.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cathepsin B overexpression induces degradation of perilipin 1 to cause lipid metabolism dysfunction in adipocytes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mizunoe Y, Kobayashi M, Hoshino S, Tagawa R, Itagawa R, Hoshino A, Okita N, Sudo Y, Nakagawa Y, Shimano H, Higami Y.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 10(1) ページ: 634.
  • DOI: 10.1038/s41598-020-57428-6.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Elucidation of Molecular Mechanism of a Selective PPARα Modulator, Pemafibrate, through Combinational Approaches of X-ray Crystallography, Thermodynamic Analysis, and First-Principle Calculations. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawasaki M, Kambe A, Yamamoto Y, Arulmozhiraja S, Ito S, Nakagawa Y, Tokiwa H, Nakano S, Shimano H.
  • 雑誌名: Int J Mol Sci. 巻: 21(1) ページ: 361
  • DOI: 10.3390/ijms21010361.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptional co-repressor CtBP2 orchestrates epithelial-mesenchymal transition through a novel transcriptional holocomplex with OCT1. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ma Y, Sekiya M, Kainoh K, Matsuda T, Iwasaki H, Osaki Y, Sugano Y, Suzuki H, Takeuchi Y, Miyamoto T, Yahagi N, Nakagawa Y, Matsuzaka T, Shimano H.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 523(2) ページ: 354-360
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.12.070.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hepatocyte ELOVL Fatty Acid Elongase 6 Determines Ceramide Acyl-Chain Length and Hepatic Insulin Sensitivity in Mice. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaka T, Kuba M, Koyasu S, Yamamoto Y, Motomura K, Arulmozhiraja S, Ohno H, Sharma R, Shimura T, Okajima Y, Han SI, Aita Y, Mizunoe Y, Osaki Y, Iwasaki H, Yatoh S, Suzuki H, Sone H, Takeuchi Y, Yahagi N, Miyamoto T, Sekiya M, Nakagawa Y, Ema M, Takahashi S, Tokiwa H, Shimano H.
  • 雑誌名: Hepatology. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1002/hep.30953.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Association between Lysosomal Dysfunction and Obesity-Related Pathology: A Key Knowledge to Prevent Metabolic Syndrome. (2019)
  • 著者名/発表者名: Mizunoe Y, Kobayashi M, Tagawa R, Nakagawa Y, Shimano H, Higami Y.
  • 雑誌名: Int J Mol Sci. 巻: 20(15) ページ: 3688
  • DOI: 10.3390/ijms20153688.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The selective peroxisome proliferator-activated receptor alpha modulator (SPPARMα) paradigm: conceptual framework and therapeutic potential : A consensus statement from the International Atherosclerosis Society (IAS) and the Residual Risk Reduction Initiative (R3i) Foundation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fruchart JC, Santos RD, Aguilar-Salinas C, Ishibashi S, Kodama T,Shimano H, Yamashita S, Yokote K, Zambon A, Libby P, et al.
  • 雑誌名: Cardiovasc Diabetol. 巻: 18(1) ページ: 71.
  • DOI: 10.1186/s12933-019-0864-7.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 心血管疾患のリスク病態としてのNAFLD/NASH（合同シンポジウム） (2019)
  • 著者名/発表者名: 島野仁
  • 学会等名: 第51回日本動脈硬化学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 脂質の量と質の変容がもたらす臓器病態と栄養戦略（特別講演） (2019)
  • 著者名/発表者名: 島野仁
  • 学会等名: 第73回日本栄養・食糧学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] A novel aspect of fatty acid chain length in lipotoxicity: Lessons from Elovl6 KO mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Shimano
  • 学会等名: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] A metabolite sensor CtBP2 integrates metabolic flux to orchestrate glucose and lipid homeostasis in liver (2019)
  • 著者名/発表者名: Motohiro Sekiya, Hitoshi Shimano, Gokhan Hotamisligil
  • 学会等名: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 筑波大学 医学医療系 内分泌代謝・糖尿病内科
  • URL: https://www.u-tsukuba-endocrinology.jp/
• [産業財産権] 生細胞内論理ゲートによるオルガネラの形態操作法 (2019)
  • 発明者名: 宮本崇史、松坂賢、島野仁
  • 権利者名: 宮本崇史、松坂賢、島野仁
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 特願2019-211266