肥満による肝インスリン抵抗性形成におけるプロテアソーム機能異常の意義

2012 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 23591301
• 研究機関: 金沢大学
• 研究代表者: 篁 俊成 金沢大学, 医学系, 准教授 (00324111)
• キーワード: insulin resistance / liver / proteasome / ER stress / obesity / type 2 diabetes

研究概要

肥満・過栄養状態は、肝臓に小胞体ストレスをもたらし、このことがストレスキナーゼJNKを活性化させ、IRSのレベルでインスリン抵抗性を形成することが示されたが、肥満・か栄養状態がいかなる機序で小胞体ストレスを形成するかは不明のままであった。
申請者は、昨年度までの研究で、肥満・糖尿病モデルマウスの肝臓では細胞内タンパク分解系プロテアソーム（PS）活性が低下し、ユビキチン化タンパクが蓄積すること、Proteasome activator 28 (PA28)ノックアウト(KO)マウスの肝臓では、プロテアソーム活性が肥満モデルマウスと同程度の約60％に低下すること、インスリン抵抗性が形成されることを示した。
本年度は、これらの現象を多面的に確認し、因果関係を検証した。PA28KOマウスの肝臓では、1) ユビキチン化タンパクが蓄積した。 2) 小胞体が膨化し、小胞体ストレスが亢進した。 3) JNK活性化がインスリン受容体基質（IRS）の活性化を抑制し、4) グルコースクランプ試験で肝糖産生が増加した。 5) ケミカルシャペロンである4-Phenylbutyric acid (PBA)投与により、ERストレスとインスリン抵抗性が改善した。さらに、ラット肝癌由来H4IIEC3細胞を用いた検討では、1) 選択的PS阻害剤 Bortezomib処置により、ユビキチン化蛋白の蓄積、ERストレス、JNK活性化、インスリン抵抗性が生じ、2) これらの変化はPBAにより改善した。
以上の結果より、従来不明であった肥満・過栄養状態による肝臓インスリン抵抗性は次のように説明されることがわかった。肥満状態の肝臓ではPS活性が低下し、ポリユビキチン化蛋白質が蓄積する。このPS機能異常は、異常蛋白質の蓄積に起因するERストレスを誘導し、JNK活性化を介して肝にインスリン抵抗性を惹起する。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初のヒト発現遺伝子解析結果をもとにした仮説では、肥満状態の肝臓で蓄積したERストレスを軽減するためにプロテアソーム活性が代償的に上昇することを想定していたが、実際のモデルマウスで生じていた現象は逆であった。すなわち、肥満や過栄養状態では、プ
ロテアソーム活性は低下し、このことがERストレスに成因としてとして関与することが明らかとなった。
すなわち、仮説と反対の結果から、プロテアソーム活性低下が従来不明であった肥満とERストレスを介在する経路として関与する、という新たな仮説を設定し、モデル動物と細胞の系で証明することができた。
さらに、付加的な知見として、PA28KOマウスの肝臓では、核内活性型SREBP-1cの蛋白量増加と脂肪肝を呈した。また、核内FoxO1の蛋白量増加と肝糖新生酵素遺伝子発現が亢進した。これらの知見は、PS機能の低下が、インスリン作用とは独立して、脂肪肝と肝糖産生亢進に寄与することを示唆する。従来より、２型糖尿病の肝臓では、選択的インスリン抵抗性が生じている、すなわちインスリンの肝糖新生抑制作用は抵抗性になっている一方、インスリンの脂肪合成作用は亢進していることの分子機構が不明であった。申請者の知見はこの2型糖尿病の肝臓における選択的インスリン抵抗性の分子機構の一部を説明しうるかもしれない。
以上の成果は米国糖尿病学会誌 Diabetes 2013に掲載された。

今後の研究の推進方策

今回の研究の過程で、PA28KOマウスの肝臓ではインスリン抵抗性が高まる一方、骨格筋ではインスリン感受性が亢進していた。骨格筋ではタンパク分解系や小胞体ストレスとエネルギー代謝調節の関連がどのように制御されているのかを探求するモデルとして興味深い。今後、運動負荷後のAMPキナーゼ活性化や、インスリン感受性を観察することから、この問題に挑戦したい。
また、PA28KOマウスではオートファジーが亢進していた。PSとオートファジーの代償関係がエネルギー代謝にどのような影響をもたらすのかも探求したい。

次年度の研究費の使用計画

次年度への繰越研究費121365円を含め、本年度は、各種シグナル経路の阻害薬、Western blotting関連試薬、各種抗体、DNA Chip関連試薬、Realtime PCRプローブキット、細胞培養関連試薬等の消耗品を中心に計上している。
次いで、本研究の計画や遂行の妥当性を確認し、より優れた成果をあげるため、国内および海外の学会旅費、および学術誌への論文投稿料と英文校正費が必要となる。

研究成果

• [雑誌論文] Clinicopathological features of liver injury in patients with type 2 diabetes mellitus and comparative study of histologically proven nonalcoholic fatty liver diseases with or without type 2 diabetes mellitus. (2013)
  • 著者名/発表者名: Shima T, Uto H, Ueki K, Takamura T, Kohgo Y, Kawata S, Yasui K, Park H, Nakamura N, Nakatou T, Tanaka N, Umemura A, Mizuno M, Tanaka J, Okanoue T.
  • 雑誌名: J Gastroenterol 巻: 48 ページ: 515-25
  • DOI: doi: 10.1007/s00535-012-0653-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dosing time-dependent effect of raloxifene on plasma plasminogen activator inhibitor-1 concentrations in post-menopausal women with osteoporosis. (2013)
  • 著者名/発表者名: Ando H, Otoda T, Ookami H, Nagai Y, Inano A, Takamura T, Ushijima K, Hosohata K, Matsushita E, Saito T, Kaneko S, Fujimura A.
  • 雑誌名: Clin Exp Pharmacol Physiol 巻: 40 ページ: 227-32
  • DOI: doi: 10.1111/1440-1681.12055
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proteasome Dysfunction Mediates Obesity-Induced Endoplasmic Reticulum Stress and Insulin Resistance in the Liver. (2013)
  • 著者名/発表者名: Otoda T, Takamura T, Misu H, Ota T, Murata S, et al.
  • 雑誌名: Diabetes. 2012 Dec 3. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 23209186. 巻: 62 ページ: 811-24
  • DOI: doi: 10.2337/db11-1652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative analysis of hepatic fat fraction by single-breath-holding MR spectroscopy with T (2) correction: phantom and clinical study with histologic assessment. (2013)
  • 著者名/発表者名: Hayashi N, Miyati T, Minami T, Takeshita Y, Ryu Y, Matsuda T, Ohno N, Hamaguchi T, Kato K, Takamura T, Matsui O.
  • 雑誌名: Radiol Phys Technol 巻: 6 ページ: 219-25
  • DOI: doi: 10.1007/s12194-012-0191-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Regulation of the physiological effects of peroxidovanadium(V) complexes by the electronic nature of ligands. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama H, Matsugo S, Misu H, Takamura T, Kaneko S, Kanatani Y, Kaido M, Mihara C, Abeywardana N, Sakai A, Sato K, Miyashita Y, Kanamori K.
  • 雑誌名: J Inorg Biochem 巻: 121 ページ: 66-76
  • DOI: doi:10.1016/j.jinorgbio.2012.12.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sugar-sweetened beverage and diet soda consumption and the 7-year risk for type 2 diabetes mellitus in middle-aged Japanese men. (2013)
  • 著者名/発表者名: Sakurai M, Nakamura K, Miura K, Takamura T, Yoshita K, Nagasawa SY, Morikawa Y, Ishizaki M, Kido T, Naruse Y, Suwazono Y, Sasaki S, Nakagawa H.
  • 雑誌名: Eur J Nutr 巻: [Epub ahead of print] ページ: 未定
  • DOI: PubMed PMID: 23575771
  • 査読あり
• [雑誌論文] CCR5 Plays a Critical Role in Obesity-Induced Adipose Tissue Inflammation and Insulin Resistance by Regulating Both Macrophage Recruitment and M1/M2 Status. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kitade H, Sawamoto K, Nagashimada M, Inoue H, Yamamoto Y, Sai Y, Takamura T, Yamamoto H, Miyamoto KI, Ginsberg HN, Mukaida N, Kaneko S, Ota T.
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 61 ページ: 1680-90
  • DOI: doi: 10.2337/db11-1506
  • 査読あり
• [雑誌論文] Inverse Correlation between Serum Levels of Selenoprotein P and Adiponectin in Patients with Type 2 Diabetes. (2012)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Misu, Kazuhide Ishikura, Seiichiro Kurita, Yumie Takeshita, Tsuguhito Ota, Yoshiro Saito, Kazuhiko Takahashi, Shuichi Kaneko, Toshinari Takamura
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 7 ページ: e34952
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0034952
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis, Structure, and Physiological Effects of Peroxovanadium(V) Complexes Containing Amino Acid Derivatives as Ancillary Ligands. (2012)
  • 著者名/発表者名: Sugiyama H, Matsugo S, Konish T, Takamura T, Kaneko S, Kubo Y, Sato K, Kanamori K.
  • 雑誌名: Chem Lett 巻: 41 ページ: 377-379
  • DOI: doi: 10.1016/j.jinorgbio.2012.12.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Beneficial effect of branched-chain amino acid supplementation on glycemic control in chronic hepatitis C patients with insulin resistance: Implications for type 2 diabetes. (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeshita Y, Takamura T, Kita Y, Ando H, Ueda T, Kato K, Misu H, Sunagozaka H, Sakai Y, Yamashita T, Mizukoshi E, Honda M, Kaneko S.
  • 雑誌名: Metabolism 巻: 61 ページ: 1388-94
  • DOI: doi: 10.1016/j.metabol.2012.03.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Self-reported speed of eating and 7-year risk of type 2 diabetes mellitus in middle-aged Japanese men. (2012)
  • 著者名/発表者名: Sakurai M, Nakamura K, Miura K, Takamura T, Yoshita K, Nagasawa SY, Morikawa Y, Ishizaki M, Kido T, Naruse Y, Suwazono Y, Sasaki S, Nakagawa H.
  • 雑誌名: Metabolism 巻: 61 ページ: 1566-71
  • DOI: doi: 10.1016/j.metabol.2012.04.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Duodenal adenocarcinoma with neuroendocrine features in a patient with acromegaly and thyroid papillary adenocarcinoma: a unique combination of endocrine neoplasia. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kato K, Takeshita Y, Misu H, Ishikura K, Kakinoki K, Kitamura SS, Kaneko S, Takamura T.
  • 雑誌名: Endocr J 巻: 59 ページ: 791-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Genetic polymorphisms of the human PNPLA3 gene are strongly associated with severity of non-alcoholic fatty liver disease in Japanese. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi T, Sumida Y, Umemura A, Matsuo K, Takahashi M, Takamura T, et al.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7 ページ: e38322
  • DOI: doi:10.1371/journal.pone.0038322
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatty liver as a consequence and cause of insulin resistance: Lessons from type 2 diabetic liver (Review). (2012)
  • 著者名/発表者名: Takamura T, Misu H, Ota T, Kaneko S.
  • 雑誌名: Endocr J 巻: 59 ページ: 745-63
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metformin prevents and reverses inflammation in a non-diabetic mouse model of nonalcoholic steatohepatitis. (2012)
  • 著者名/発表者名: Kita Y, Takamura T, Misu H, Ota T, Kurita S, Takeshita Y, et al.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7 ページ: e43056
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0043056
  • 査読あり
• [学会発表] Proteasome dysfunction links obesity and endoplasmic reticulum stress leading to insulin resistance in the liver (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshiki Otoda， Toshinari Takamura, Hirofumi Misu, Tsuguhito Ota, Shuichi Kaneko
  • 学会等名: 9th IDF-WPR Congress and 4th AASD Scientific Meeting
  • 発表場所: 京都国際会館、Kyoto, Kyoto
  • 年月日: 20121124-20121127
• [学会発表] Ectopic fat accumulation and distant organ-specific insulin resistance in people with nonalcoholic fatty liver disease (2012)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichiro Kato， Yumie Takeshita, Hirofumi Misu, Tsuguhito Ota, Kumpei Tokuyama, Soichiro Nagasaka, Munehisa Matsuhisa, Shuichi Kaneko, Toshinari Takamura
  • 学会等名: 9th IDF-WPR Congress and 4th AASD Scientific Meeting
  • 発表場所: 京都国際会館、Kyoto, Kyoto
  • 年月日: 20121124-20121127
• [学会発表] 肥満は肝プロテアソーム機能障害を介して小胞体ストレスとインスリン抵抗性を誘導する (2012)
  • 著者名/発表者名: 乙田敏城， 篁俊成，御簾博文，太田嗣人，金子周一
  • 学会等名: 第62回日本体質医学会総会
  • 発表場所: 大阪国際会議場、大阪、大阪
  • 年月日: 20121103-20121104
• [学会発表] 臓器特異的インスリン抵抗性（ＩＲ）指標の妥当性および肝病理像との関連 (2012)
  • 著者名/発表者名: 加藤健一郎， 竹下有美枝，御簾博文，太田嗣人，徳山薫平，松久宗英，長坂昌一郎，金子周一，篁俊成
  • 学会等名: 第55回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜、神奈川
  • 年月日: 20120517-20120519
• [学会発表] NAFLD : Cause and Consequence of Diabetes (2012)
  • 著者名/発表者名: 篁 俊成
  • 学会等名: 第55回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 発表場所: パシフィコ横浜、横浜、神奈川
  • 年月日: 20120517-20120519
  • 招待講演
• [備考] 金沢大学Web広報誌 e-Acanthus
  • URL: http://www.kanazawa-u.ac.jp/university/administration/prstrategy/eacanthus/1212/04.html
• [備考] Kanazawa University Research Bulletin
  • URL: http://www.kanazawa-u.ac.jp/research_bulletin/highlights201302H016.html
• [備考] tt Lab-金沢大学 糖尿病・内分泌代謝研究室 (1内1研)
  • URL: https://www.facebook.com/TakamuraLab