ミトコンドリア複合体と制御メカニズム解析から捉える肥満・糖尿病の分子病態研究

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03708
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 田中 知明 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (50447299)
• 研究分担者: 横山 真隆 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (20514871) ; 永野 秀和 千葉大学, 大学院医学研究院, 特任助教 (60788876) ; 橋本 直子 千葉大学, 大学院医学研究院, 特任助教 (10724875) ; 山形 一行 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (60455912)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 肥満 / 糖尿病 / ミトコンドリア

研究実績の概要

2019年度の計画とこれまでの検討において、DPYSL4 （Dihydropyrimidinase Like 4）およびGLS2（Glutaminase liver isoform）は、ミトコンドリアのスーパーコンプレックスと会合し、脂肪細胞および癌細胞におけるエネルギー代謝を調節する作用を持つことが明らかにされてきた。そこで、これらの蛍光タンパクとの融合発現ベクターを作製して、高解像度顕微鏡であるSTED顕微鏡を用いてそれらの生細胞での超複合体局在の可視化解析を検討した。
その結果、DPYSL4およびGLS2のミトコンドリア内膜における呼吸鎖超複合体のⅠ・Ⅲ・Ⅳ complexとの会合を、細胞レベルではあるものの、観察することに成功した。また、FRET（Fluorescence Resonance Energy Transfer）については、I・III・IV(NDUFB8・UQCRC11・COX8) super-complexを中心に、超複合体の形成シグナルをFRETにて検出することが可能となった。現在、DPYSL4およびGLS1・2のアセンブリファクターとの定量化方法を樹立している。一方、Single Cell解析のデータベースを用いて、インスリン標的臓器におけるその発現細胞クラスターを検討してみると、インスリン標的臓器の中において、Hepatocyte・Adipocyte (mesenchymal stemを含む)・Skeletal muscleの単一細胞レベルでDpysl4の高い発現クラスターを認めた。これらの結果は、これまでのDPYSL4がミトコンドリアの高次機能制御を介して、肥満・糖尿病・がんの接点で作用することを裏付けているものであった。今後、Dpysl4およびGls1・2のコンディショナルKOマウスを用いた解析により、生体の臓器レベルでの解析が期待される。

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

超高解像度顕微鏡であるSTED法は、生体ミトコンドリアの微細な内部構造(クリステ)を観察することができる非常にすぐれたtoolである。しかしながら、Dpysl4やGlsなどの新規のミトコンドリアアセンブリファクターが実際に、生細胞において超複合体との会合を可視化できるかどうかは、大きな障壁であった。蛍光タンパク融合発現システム(AcGFP/mCherry/DsRed/AmCyan fusion)とのベクター構築から、実際の細胞での発現、複雑な顕微鏡の操作において成功したことは大きな進捗である。さらに、FRETを組み合わせて各主要構成因子間距離情報を数値化することも成功したので、今後このシステムを応用して、因子間相互作用と空間的構造情報を定量評価することができるようになったことを鑑みると、実験の進捗状況は概ね順調である。さらに、2020年度の研究計画に向けての準備状況として、動物モデルの生体や臓器において解析することはとても重要な意義を持つ。そのマウスモデルの準備も順調に進んでおり、進捗は確実に進展している。

今後の研究の推進方策

これまでに開発したシステムと知見に基づいて、Gls1(and/or)2-KOとDpysl4-KOマウス由来の組織と初代培養細胞(脂肪組織・肝臓・骨格筋)、及びヒト臨床検体(肥満脂肪組織)を利用した解析を実施する方針である。特に、ヒト肥満患者由来の脂肪組織/初代細胞・血清と糖代謝/サイトカインプロファイルとの相関解析を行う予定であり、Gls1(and/or)2-KOとDpysl4-KOマウスについては、加齢性変化/糖代謝/肥満関連プロファイル(経口糖負荷試験、インスリン負荷試験、糖新生評価等)による病態解析を実施する計画である。これらの研究の推進により、寿命や疾患特異的パラメータと密接に関わる因子を同定し、新しい診断・創薬標的を提示することが期待できる。この研究推進の方策は、超複合体の高次構造情報や代謝調節状態との関係性を組織レベルで明らかにし、ミトコンドリア高次機能制御に基づく「革新的創薬」開発のためのフローシステム確立を目指すことである。この結果、肥満―糖尿病―がん疾患の接点で機能する新たな制御メカニズムの提唱が可能となり、革新的な疾患の診断・治療法開発への応用に進展させる方策である。

研究成果

• [雑誌論文] Monoamine oxidase B rs1799836 G allele polymorphism is a risk factor for early development of levodopa-induced dyskinesia in Parkinson's disease. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kakinuma S, Beppu M, Sawai S, Nakayama A, Hirano S, Yamanaka Y, Yamamoto T, Masafumi C, Aisihaer X, Aersilan A, Gao Y, Sato K, Sakae I, Ishige T, Nishimura M, Matsushita K, Satoh M, Nomura F, Kuwabara S, Tanaka T.
  • 雑誌名: eNeurologicalSci. 巻: 19 ページ: 100239
  • DOI: 10.1016/j.ensci.2020.100239
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A case of Hashimoto’s thyroiditis with multiple drug resistance and high expression of efflux transporters. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida T, Nakayama A, Tamura A, Higuchi S, Sakuma I, Nagano H, Saulo J.A. Felizola, Takemoto M, Tatsuno I, Koide H, Yokote K, Tanaka T.
  • 雑誌名: J Clin Endocrinol Metab., Epub. 巻: 105 ページ: dgz073
  • DOI: 10.1210/clinem/dgz073
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] multicenter, phase 2 study to evaluate the efficacy and safety of osilodrostat, a new 11β-hydroxylase inhibitor, in Japanese patients with endogenous Cushing’s syndrome other than Cushing’s disease. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T, Satoh F, Ujihara M, Midorikawa S, Kaneko T, Takeda T, Suzuki A, Masahiko Sato M, Shimatsu. A
  • 雑誌名: Endocrine Journal. 巻: in press ページ: -
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A simple method for sequencing the whole human mitochondrial genome directly from samples and its application to genetic testing (2019)
  • 著者名/発表者名: Yao Y, Nishimura M, Murayama K, Kuranobu N, Tojo S, Beppu M, Ishige T, Itoga S, Tsuchida S, Mori M, Takayanagi M, Yokoyama M, Yanagata K, Kishita Y, Okazaki Y, Nomura F, Matsushita K, Tanaka T*
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 17441
  • DOI: doi.org/10.1038/s41598-019-53449-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell type?specific actions of Bcl11b in early T-lineage and group 2 innate lymphoid cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Hosokawa H, Romero-Wolf M, Yang Q, Motomura Y, Levanon D, Groner Y, Moro K, Tanaka T, Rothenberg V. E.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Medicine 巻: 217 ページ: -
  • DOI: 10.1084/jem.20190972
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aldosterone Reduction Rate After Saline Infusion Test May Be A Novel Prediction In Patients With Primary Aldosteronism (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagano H, Kono T, Saiga A, Kubota Y, Fujimoto M, Felizola S, Ishiwata K, Tamura A, Higuchi S, Sakuma I, Suzuki S, Koide H, Takeshita N, Sakamoto S, Yokote K, Nakamura Y, Ichikawa T, Uno Takashi, and Tanaka T*
  • 雑誌名: J Clin Endocrinol Metab. 巻: 105 ページ: -
  • DOI: 10.1210/clinem/dgz092
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Correlation between urinary fractionated metanephrines in 24-hour and spot urine samples for evaluating the therapeutic effect of metyrosine: a subanalysis of a multicenter, open-label phase I/II study (2019)
  • 著者名/発表者名: Takekoshi K, Satoh F, Tanabe A, Okamoto T, Ichihara A, Tsuiki M, Katabami T, Nomura M, Tanaka T, Matsuda T, Imai T, Yamada M, Asada S, Kawata N, Naruse M. C
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 66 ページ: 1063～1072
  • DOI: doi.org/10.1507/endocrj.EJ19-0125
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Adipose-Derived Stem Cells (ASCs) and Ceiling Culture-Derived Preadipocytes (ccdPAs) Cultured from Subcutaneous Fat Tissue Differed in their Epigenetic Characteristics and in Osteogenic Potential. (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasahara Y, Kubota Y, Kosaka K, Adachi N, Yamaji Y, Nagano H, Akita S, Kuroda M, Tanaka T, Bujo H, Mitsukawa N.
  • 雑誌名: Plast Reconstr Surg. 巻: 144 ページ: 644-655
  • DOI: 10.1097/PRS.0000000000005913
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RB inactivation induces a protumoral microenvironment via enhanced CCL2 secretion. (2019)
  • 著者名/発表者名: Fengkai L, Kitajima S, Kohno S, Yoshida A, Tange S, Sasaki S, Okada O, Nishimoto Y, Muranaka Y, Nagatani N, Suzuki M, Masuda S, Tran C, Nishiuchi T, Tanaka T, Barbie D, Mukaida N, Takahash C.
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 79 ページ: 3903-3915
  • DOI: 10.1158/0008-5472
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Role of Tumor Suppressor p53 in Metabolism and Energy Regulation, and Its Implication in Cancer and Lifestyle-related Diseases. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto N, Nagano H, Tanaka. T.
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 66 ページ: 485-496
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ18-0565
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Retinoblastoma inactivation induces a protumoral microenvironment via enhanced CCL2 secretion. (2019)
  • 著者名/発表者名: Li F, Kitajima S, Kohno S, Yoshida A, Tange S, Sasaki S, Okada N, Nishimoto Y, Muranaka H, Nagatani N, Suzuki M, Masuda S, Thai TC, Nishiuchi T, Tanaka T, Barbie DA, Mukaida N, Takahashi C.
  • 雑誌名: Cancer Res. 巻: 79 ページ: 3903-3915
  • DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-18-3604
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fatty acid desaturase 2 is up-regulated by the treatment with statin through geranylgeranyl pyrophosphate-dependent Rho kinase pathway in HepG2 cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka S, Ishihara N, Suzuki S, Watanabe Y, Nagayama D, Yamaguchi T, Ohira M, Saiki A, Tanaka T, Tatsuno I.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 9 ページ: 100009
  • DOI: doi.org/10.1038/s41598-019-46461-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ceritinib Aggravates Glycemic Control in Insulin-treated Patients with Diabetes and Metastatic ALK-positive Lung Cancer (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakuma Ikki、Nagano Hidekazu、Yoshino Ichiro、Yokote Koutaro、Tanaka Tomoaki
  • 雑誌名: Internal Medicine 巻: 58 ページ: 817～820
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.1870-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 副腎 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 日本内分泌学会第29回臨床内分泌代謝 Update2
  • 招待講演
• [学会発表] 脳内摂食シグナリングから肥満2型糖尿病治療を考える (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第3回静岡県西部内分泌・糖尿病講演会
  • 招待講演
• [学会発表] クリニカルシークエンス時代に向けた副腎腫瘍の新たな分子病態 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: The 12th Expert Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] がん抑制遺伝子ｐ53シグナルの多面的機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第42回日本基礎老化学会 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 副腎皮質性クッシング症候群の分子病理 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第92回日本内分泌学会学術総会
  • 招待講演
• [備考] 千葉大学大学院分子病態解析学
  • URL: https://www.m.chiba-u.ac.jp/class/moldiag/