ミトコンドリアBCAAトランポーターSLC25A44を介した耐糖能制御機構の解明

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K22647
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 米代 武司 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助教 (40724167)
• 研究期間 (年度): 2020-09-11 – 2022-03-31
• キーワード: 褐色脂肪組織 / エネルギー代謝 / 分岐鎖アミノ酸 / インスリン感受性 / トランスポーター

研究実績の概要

新規ミトコンドリアBCAAトランポーターSLC25A44がインスリン感受性に及ぼす影響とその分子メカニズムを解明するため、CRISPRiシステムによりSlc25a44を欠損させたマウスに高脂肪食を負荷した後に採取した褐色脂肪組織（BAT）や白色脂肪組織（WAT）、骨格筋、肝臓などを用い、組織ごとのmTORシグナルを調べた。絶食下（インスリン刺激なし）でmTORC1活性化の指標であるRPS6のリン酸化を調べたところ、Slc25a44欠損マウスのBATではRPS6のリン酸化が中程度に亢進していたが、対照マウスではリン酸化が検出されなかった。一方、mTORC2の活性化指標であるAKTのリン酸化は両群ともに検出されなかった。このことから、Slc25a44欠損によりBCAAが代謝分解されず、mTORC1の持続的活性化を起こしていることが示された。これと一致し、高脂肪食を負荷することによる血中BCAAの上昇は、対照マウスに比べてSlc25a44欠損マウスの方が著しく大きかった。次に、インスリンを投与した後に採取したBAT、WAT、骨格筋、肝臓についても検討したところ、インスリン応答性なAKTとRPS6のリン酸化が対照マウスに比べてSlc25a44欠損マウスのBATで有意に低下していた。他の組織では群間差が認められなかった。以上の結果から、Slc25a44の欠損によりBCAAが細胞内に蓄積してインスリンとは無関係にmTORC1の定常的な活性化（RPS6のリン酸化）を起こし、これがIRS1阻害など既知のメカニズムを介してインスリン感受性を低下させることが示唆された。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

マウスでの検討によるSLC25A44の生理的意義の検証と分子メカニズムの解析は予定通りに進み、SLC25A44による耐糖能制御に関する知見を得ることができた。一方で、マウス培養細胞を用いたSLC25A44によるBCAA代謝運命制御の解析、ヒト培養細胞を用いたヒトSLC25A44の機能解析はまだ準備段階である。

今後の研究の推進方策

Slc25a44欠損褐色脂肪細胞株を用いて13C標識BCAAを用いたメタボロミクスを行い、13C標識BCAAの取込み量を評価する。また、ノルエピネフリン刺激を行った後、経時的に細胞内の13C標識BCAAを経時的に評価し、TCA回路中間体の13Cラベリングを評価し、BCAAの代謝運命におけるSLC25A44の役割を明らかにする。次に、ヒトSLC25A44がマウスのものと同様の機能を持つかを調べるため、Slc25a44欠損マウス褐色脂肪細胞株にヒトSLC25A44を強制発現させ、培養液中にBCAAを含む場合と含まない場合でノルエピネフリン誘導性酸素消費量を測定する。また、ヒトSLC25A44のC末端のストップコドンに変異を入れることにより、変異ヒトSLC25A44配列を作成し、Slc25a44欠損マウス褐色脂肪細胞株に強制発現され、BCAAの存在下と非存在下でノルエピネフリン誘導性酸素消費量を測定する。前年度の結果と併せて、インスリン感受性の制御におけるSLC25A44の役割とその作用メカニズム、ヒトの糖尿病予防への応答の可能性を明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

COVID-19感染拡大のため、所属研究機関の活動制限が一定期間かかったため、特に継続して長期間培養しなければならないヒト培養細胞における実験などが遅延した。

研究成果

• [国際共同研究] Harvard Medical School/Beth Israel Deaconess Medical Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Harvard Medical School/Beth Israel Deaconess Medical Center
• [雑誌論文] Branched-chain α-ketoacids are preferentially reaminated and activate protein synthesis in the heart (2021)
  • 著者名/発表者名: Walejko JM, Christopher BA, Crown SB, Zhang GF, Pickar-Oliver A, Yoneshiro T, Foster MW, Page S, van Vliet S, Ilkayeva O, Muehlbauer MJ, Carson MW, Brozinick JT, Hammond CD, Gimeno RE, Moseley MA, Kajimura S, Gersbach CA, Newgard CB, White PJ, McGarrah RW
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 1680
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21962-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Kruppel‐like factor?15 regulates fuel switching between glucose and fatty acids in brown adipocytes (2021)
  • 著者名/発表者名: Nabatame Y, Hosooka T, Aoki C, Hosokawa Y, Imamori M, Tamori Y, Okamatsu-Ogura Y, Yoneshiro T, Kajimura S, Saito M, Ogawa W
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 12 ページ: 1144～1151
  • DOI: 10.1111/jdi.13511
  • 査読あり
• [雑誌論文] Editorial: Current Challenges for Targeting Brown Fat Thermogenesis to Combat Obesity (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoneshiro Takeshi、Rodriguez-Rodriguez Rosalia、Betz Matthias Johannes、Rensen Patrick C. N.
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 11 ページ: 600341
  • DOI: 10.3389/fendo.2020.600341
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Near-Infrared Time-Resolved Spectroscopy for Assessing Brown Adipose Tissue Density in Humans: A Review (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamaoka Takafumi、Nirengi Shinsuke、Fuse Sayuri、Amagasa Shiho、Kime Ryotaro、Kuroiwa Miyuki、Endo Tasuki、Sakane Naoki、Matsushita Mami、Saito Masayuki、Yoneshiro Takeshi、Kurosawa Yuko
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 11 ページ: 261
  • DOI: 10.3389/fendo.2020.00261
  • 査読あり
• [雑誌論文] Brown Adipose Tissue, Diet-Induced Thermogenesis, and Thermogenic Food Ingredients: From Mice to Men (2020)
  • 著者名/発表者名: Saito Masayuki、Matsushita Mami、Yoneshiro Takeshi、Okamatsu-Ogura Yuko
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 11 ページ: 222
  • DOI: 10.3389/fendo.2020.00222
  • 査読あり
• [雑誌論文] The regulation of glucose and lipid homeostasis via PLTP as a mediator of BAT ?liver communication (2020)
  • 著者名/発表者名: Sponton Carlos H、Hosono Takashi、Taura Junki、Jedrychowski Mark P、Yoneshiro Takeshi、Wang Qiang、Takahashi Makoto、Matsui Yumi、Ikeda Kenji、Oguri Yasuo、et al.
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 21 ページ: e49828
  • DOI: 10.15252/embr.201949828
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 褐色脂肪組織における分岐鎖アミノ酸代謝とエネルギー代謝調節 (2021)
  • 著者名/発表者名: 米代武司
  • 学会等名: 第41回日本肥満学会・第38回日本肥満症治療学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 褐色脂肪における分岐鎖アミノ酸代謝と寒冷適応 (2020)
  • 著者名/発表者名: 米代武司
  • 学会等名: 日本生理人類学会第81回大会
• [学会発表] BCAA catabolism in brown adipose tissue and energy metabolism (2020)
  • 著者名/発表者名: 米代武司
  • 学会等名: 第63回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 招待講演