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

2020 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, 特任講師 (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

2020年度の大きな研究実績として、インスリン標的臓器である脂肪組織および肝臓組織を対象に、ミトコンドリア超複合体の構造的・構成的定量化情報と機能性の関連解析を中心に実施した。ミトコンドリアは約1200種のタンパクが存在するので、不安定な構成因子や代謝シグナル依存的な相互作用分子の同定を引き続き行う必要があった。さらに、インスリン標的臓器における組織を構築する細胞集団の多様性が大きな問題となった。そこで、シングルセルRNA-seq解析を行なった。マウス由来の肝臓組織とヒト由来の脂肪組織をコラゲナーゼで処理し、FACSでsortしたのち、chromium connectを用いてscRNA-seqを実施した。それぞれの組織において、組織マクロファージ、CD31陽性の血管、Col1A陽性の結合織・間質を含む約20の細胞集団クラスターに分離することが可能となり、bulk RNA-sqでは捉えることのできなかったクラスター分類とDEGsによるパスウェイ抽出に成功した。なかでも、高脂肪食負荷に応じて、ミトコンドリアシグナルと糖代謝制御の接点で鍵となるPGC1-1aや、新規のフェロトーシス経路の関与が明らかとなった。さらに、がんと生活習慣病の接点で機能するミトコンドリア呼吸鎖超複合体会合分子として、我々が同定したDpysl4・Gls1/2遺伝子改変マウスを作製した。臓器特異的にノックアウト可能であり。ミトコンドリア内膜におけるdpysl4およびgls1/22依存的なグルタミン代謝が、生活習慣病とがんの接点でどのように作用するかについて、現在解析を進めている。

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

上述の通り、インスリン標的臓器における組織を構築する細胞集団の多様性が大きな問題となっていたが、それらを解決できるシングルセルRNA-seq解析を行なうことができた。その結果、進捗の困難が予想された不安定な構成因子や代謝シグナル依存的な細胞間の相互作用を評価できるようになり、進捗は概ね良好である。さらに、Gls1(and/o r)2-KOとDpysl4-KOマウスの作製に成功したことは、非常に大きな成果であった。これまでの知見をマウスの個体レベル・臓器レベルで検証可能な状況になっている。このように、2020年度進捗状況は、解析手法とマウスモデルの構築を達成したことにより、おおむね順調に進展している

今後の研究の推進方策

今後の研究の推進方策として、特に2021年度は、これまでに作製したGls1(and/or)2-KOとDpysl4-KOマウスを用いた生体・個体レベルおよび臓器レベルでのフェノタイプ解析を行う。具体的には、Gls1(and/or)2-KOとDpysl4-KOマウスを用いて、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)による病態解析を行い、研究の着想に至った仮説を検証する(proof of concept)。また、Gls1(and/or)2-KOとDpysl4-KOマウス由来の単離した臓器や細胞をフル活用して、ミトコンドリア超複合体の構造的・構成的定量化情報と機能性の関連解析も合わせて行うことで、病態と想定分子機序との関係性を明らかにする。このように、Gls1(and/o r)2-KOとDpysl4-KOマウス寿命や生活習慣病フェノタイプ解析に関する研究を推進することで、病態メカニズムの関連性を明らかにし、その結果を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確認する方策である。さらに、ヒト臨床検体(肥満脂肪組織)を利用した解析に発展させることで、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方策である。

研究成果

• [国際共同研究] California Institute of Technology/Columbia University/Yale University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: California Institute of Technology/Columbia University/Yale University
  • 他の機関数: 1
• [雑誌論文] TAS4464, a NEDD8-activating enzyme inhibitor, activates both intrinsic and extrinsic apoptotic pathways via c-Myc-mediated regulation in acute myeloid leukemia. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ochiiwa H, Ailiken G, Yokoyama M, Yamagata K, Nagano H, Yoshimura C, Muraoka H, Ishida K, Haruma T, Nakayama A, Hashimoto N, Murata K, Nishimura M, Kawashima, Y, Ohara O, Okubo S, Tanaka T.
  • 雑誌名: Oncogene 巻: 40 ページ: 1217-1230
  • DOI: 10.1038/s41388-020-01586-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two cases of symptomatic secondary hypophysitis due to Rathke’s cleft cysts treated with glucocorticoids: long-term follow-up. (2021)
  • 著者名/発表者名: Deguchi-Horiuchi H, Koide H, Sakuma I, Gao Y, Higuchi S, Nagano H, Hashimoto N, Horiguchi, K, Iwadate Y, Inoshita N, Yokote K, Tanaka. T.
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 68 ページ: 269-279
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ20-0361
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 31I-6β-iodomethyl-19-norcholesterol adrenal scintigraphy as an alternative to adrenal venous sampling in differentiating aldosterone-producing adenoma from bilateral idiopathic hyperaldosteronism. Nuclear Medicine Communications. (2020)
  • 著者名/発表者名: Saiga A, ,Hajime Yokota H, Nagano H, Sawada K, Kubota Y, Wada T, Horikoshi T, Tanaka T, Uno T.
  • 雑誌名: Nuclear Medicine Communications 巻: 41 ページ: 1226-1233
  • DOI: 10.1097/MNM.0000000000001293
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A 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. (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T, Satoh F, Ujihara M, Midorikawa S, Kaneko T, Takeda T, Suzuki A, Sato M, Shimatsu A.
  • 雑誌名: Endcrine Journal. 巻: 67 ページ: 841-852
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ19-0617
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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] Post-transcriptional regulation of BRG1 by FIRΔexon2 in gastric cancer. (2020)
  • 著者名/発表者名: Ailiken G, Kitamura K, Hoshino T, Satoh M, Tanaka N, Minamoto T, Bahityar Rahmutulla B, Kobayashi S, Kano M, Tanaka T, Kaneda A, Nomura F, Hisahiro Matsubara, Kazuyuki Matsushita
  • 雑誌名: Oncogenesis. 巻: 9 ページ: 26
  • DOI: 10.1038/s41389-020-0205-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Aldosterone Reduction Rate After Saline Infusion Test May Be A Novel Prediction In Patients With Primary Aldosteronism. (2020)
  • 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: dgz073
  • DOI: 10.1210/clinem/dgz073
  • 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
• [学会発表] アルドステロン症・クッシング症候群の分子病態解明への最近の取り組み ～アルドステロン症の病型予測やクッシング症候群の分子基盤解明を目指して～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第31回間脳・下垂体・副腎系研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノムワイド解析を駆使して副腎腫瘍を診る. (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第30回臨床内分泌代謝Update.
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノム解析から視る副腎性クッシング症候群の病態と最新の糖尿病治療 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第20回日本内分泌学会九州支部学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] ゲノムワイド解析による副腎性クッシング症候群の分子基盤とフェノタイプとの関わり. (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第24回日本臨床内分泌病理学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] Endocrine Oncologyとエピゲノムの意義 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中知明
  • 学会等名: 第93回日本内分泌学会学術総会
  • 招待講演