研究課題
本研究は、αケトグルタル酸と鉄がヒストン脱メチル化酵素やDNA脱メチル化酵素、さらにはRNA脱メチル化酵素に共通する必須の補酵素である事実に着目し、「αケトグルタル酸と二価鉄が細胞内のエネルギー環境センサーとして働き、エピゲノムを書き換え、転写から翻訳までのセントラルドグマを一元的に制御する機構」の解明を目指すものとして計画した。本年度は、新規NifA-FRETプローブを用いた核内αケトグルタル酸の濃度測定法を用いて、白色脂肪細胞株（3T3-L1）の分化過程における濃度変化を検討した。その結果、脂肪細胞分化に伴うαケトグルタル酸濃度の上昇を認めた。一方、鉄キレート剤であるデフェロキサミン処理によって鉄を枯渇化した条件において、核内αケトグルタル酸濃度が抑制される結果を得た。この結果はアコニターゼ活性の低下による影響が考えられ、アコニターゼ１は鉄応答配列結合タンパク質１としても知られることから、αケトグルタル酸濃度と鉄濃度には重要な関係性がると考えられた。つぎに鉄の濃度変化が脂肪細胞分化に影響を与えることに注目し、DFO処理によって脂肪細胞分化を抑制する濃度や時期特異性の検討を行った結果、脂肪細胞分化初期の鉄の重要性が明らかになった。さらに本研究で決定した適正条件下でデフェロキサミン処理を行ったうえで、脂肪細胞分化過程におけるトランスクリプトーム解析を実施した。その結果、鉄によって制御を受ける既知のシグナル経路に加え、脂肪細胞分化制御シグナルの関与が見出された。すなわち、鉄の濃度変化が遺伝子発現を介して脂肪細胞分化に影響することが示された。
1: 当初の計画以上に進展している
本年予定していた、エピゲノム酵素活性に必須の細胞内代謝物の測定と脂肪細胞分化への影響の検討に取り組んだ結果、申請者らが開発した世界初の核内αケトグルタル酸濃度測定プローブを用いて、脂肪細胞分化過程における濃度上昇を明らかにした。さらに、鉄濃度変化が脂肪細胞分化に与える影響を仔細に検討したうえでαケトグルタル酸濃度への影響を解明した。さらに当初は２年目以降に実施予定であったトランスクリプトーム解析を実施し、シグナル経路解析を行うことで脂肪細胞分化制御シグナルへの影響を確認した。以上の点を考慮し、当初の計画以上に進展しているものと評価した。
今年度明らかにした鉄濃度変化が脂肪細胞分化に与える影響について、エピゲノムの観点からの検討をすすめる。そのため、今回決定した適正条件下でデフェロキサミン処理を行い、ヒストンメチル化修飾やDNAメチル化解析を含む各種のエピゲノム解析をゲノムワイドに実施し、トランスクリプトーム解析の結果を含めた統合的オミクスデータ解析に取り組む。統合的なビックデータ解析については困難が伴うことが予想されるため、トランスクリプトーム解析とDNAメチローム解析など、二つのオミクスデータの統合解析から開始して３種以上の解析に進む計画である。
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すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち招待講演 3件) 備考 (2件)
Sci. Rep.
巻: 10 ページ: 10837
10.1038/s41598-020-67579-1
https://www.imcr.gunma-u.ac.jp/
https://epigenetics.imcr.gunma-u.ac.jp/
