肉用鶏の浅胸筋肥大の特異性をモデルとしたオートファジー系タンパク質分解制御の解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K08058
• Research Institution: National Agriculture and Food Research Organization
• Principal Investigator: 中島 一喜 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 上級研究員 (70370583)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 肉用鶏 / タンパク質分解 / オートファジー / アトロジン－１ / 骨格筋

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、肉用鶏の浅胸筋の特異的増大をモデルに用い、オートファジー系のタンパク質分解に対する絶食の影響を骨格筋間で比較した。絶食によるタンパク質分解速度は、赤筋に比べ、白筋が速いことが知られている。本研究では、肉用鶏の骨格肉間（浅胸筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋）におけるオートファジー系タンパク質分解制御について検討した。さらに、ユビキチン－プロテアソーム系のアトロジン-1の発現に対する影響についても検討した。肉用鶏の浅胸筋は、他の骨格筋に比べ、オートファジーの指標であるLC3-II/ LC3-I比が高かった。これは、摂食時において、浅胸筋は、他の骨格筋に比べ、オートファジー活性が高いことを示している。LC3-II/ LC3-I比は絶食により、浅胸筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋において増加した。これは、鶏骨格筋は、絶食によりオートファジーが促進されることを示している。絶食によりオートファジー関連遺伝子発現量（LC3B）は、ヒラメ筋のみ増加した。これらの結果から、鶏骨格筋において、絶食によるオートファジーの促進は、転写レベルより、翻訳後の修飾レベルで制御されていると考えられた。ユビキチン－プロテアソーム系のアトロジン-1の発現は、ヒラメ筋＞腓腹筋＞大腿二頭筋＞浅胸筋の順で高かった。また、絶食により各骨格筋のアトロジン-1遺伝子の発現は増加し、大腿二頭筋＞腓腹筋＞ヒラメ筋＞浅胸筋の順で高くなった。これらの結果から、肉用鶏の骨格筋において、ユビキチン－プロテアソーム系とオートファジー系は異なった制御機構が存在する可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

肉用鶏を用い、骨格筋間（浅胸筋、大腿二頭筋、腓腹筋、ヒラメ筋）のオートファジー系タンパク質分解制御の違いを、ユビキチン－プロテアソーム系のアトロジン－１発現と比較した。その結果、肉用鶏の浅胸筋におけるオートファジー系とユビキチン－プロテアソーム系の制御は他骨格筋と異なること、特に、肉用鶏の浅胸筋のオートファジー活性は、他の骨格筋に比較して高いことを明らかにしたことは、重要な知見である。
また、絶食に対する各骨格筋のオートファジー系とユビキチン－プロテアソーム系の応答が異なること、特に、浅胸筋において、他の骨格筋に比較し、ユビキチン－プロテアソーム系のタンパク質分解活性は低いにも関わらず、オートファジー系には差がないことが明らかにしたとにより、鶏骨格筋特異的タンパク質分解制御機構が存在する可能性を見出した。
また、肉用鶏の骨格筋においてオートファジー系のタンパク質分解制御は、オートファジー関連遺伝子発現で示される転写レベルとLC3タンパク質の脂質修飾で示される翻訳後修飾レベルに対し異なることを明らかにしたことは、鶏骨格筋におけるオートファジーの栄養生理学的制御が可能であることを示している。
これらの結果から、肉用鶏の骨格筋において、ユビキチン－プロテアソーム系とオートファジー系は異なった制御機構が存在する可能性を明らかにし、研究目的を概ね順調に達成していると思われる。

Strategy for Future Research Activity

卵用鶏との比較による肉用鶏の浅胸筋のオートファジー系タンパク質分解に対する影響を検討する。肉用鶏は卵用鶏と比較して成長が2倍以上速く、浅胸筋重量3倍以上も大きい。これまで、この骨格筋量の違いはタンパク質代謝回転速度の違いが寄与することが明らかにされている。しかしながら、オートファジー系の遺伝子であるLC3B、GABARAPL1、ATG12等の発現に関しては検討されていない。
平成30年度は、肉用鶏と卵用鶏の浅胸筋を採取し、オートファジー関連遺伝子の発現量を測定し、オートファジー系タンパク質分解に関与する制御因子について明らかにする。また、オートファジーの指標であるLC3タンパク質の翻訳後の脂質修飾についても調べ、肉用鶏の浅胸筋の特異性についてオートファジーの関与を明らかにする。
平成29および30年度の研究から、鶏骨格筋において、肉用鶏の浅胸筋の特異的な増大をモデルに、オートファジーの関与する制御因子を明らかにすることが可能である。また、鶏骨格筋において、オートファジー系のタンパク質分解制御が、遺伝子発現または翻訳後のタンパク質の修飾のどちらが重要であるかも明らかになる。これまで報告してきたユビキチン－プロテアソーム系の律速酵素であるアトロジン－1の発現と比較することにより、鶏骨格筋における骨格筋タンパク質分解の制御機構の一端が明らかになる。

Causes of Carryover

本年度計画の動物実験ならびに分析に関して、予定よりやや安価となり、現使用額で遂行できたため、次年度の予算と合算し物品費として使用予定である。物品費として56万円、旅費として10万円、人件費・謝金として10万円、その他として10万円を使用予定である。