【研究領域課題番号】18H03972 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

代謝・内分泌制御 / インスリン / インスリン様成長因子 / インスリン受容体基質 / 細胞内シグナル伝達 / インスリン様活性 / 筋分化 / がん / インスリン様成長因子受容体 / インスリン受容体基質（IRS） / ユビキチン化 / インスリン様シグナル / アミノ酸

【研究成果の概要】

動物の正常な生命活動に必須な同化ホルモン、インスリン／インスリン様成長因子の広範な生理活性の発現には、シグナル伝達分子であるインスリン受容体基質（IRS）が必須である。我々は、IRSが多くのタンパク質（IRSAP）と複合体を形成し、これが全く新しいメカニズムでインスリン様活性の調節に重要な役割を果たすことを明らかにしてきた。今回、細胞の置かれた状況に応答して、あるいは細胞特異的に特定のユビキチンリガーゼや脱ユビキチン化酵素がIRSと相互作用することによりIRSの分解が調節され、その結果、筋分化やがんの悪性化など、動物の健康寿命の延伸に重要な生命現象が調節されていることを発見した。

【研究の社会的意義】

これまでIRSは、インスリン／インスリン様成長因子の作用発現を仲介する単なるシグナル分子と考えられてきた。しかし、本研究により、IRSの本態機能は、多くの生体情報を合流させるための「シグナルハブ」であり、インスリン／インスリン様成長因子の細胞内シグナルや栄養因子のシグナルなどに応答してIRSの量を変動させることによって、この機能をダイナミックに調節していることが明らかとなり、学術的意義も大きい。今後は、今までと全く異なる観点から、IRSが動物の一生に果たす役割を明らかにし、その成果は、成長異常、糖尿病、老化、がんなどに対して、新しい機序で作用する薬剤や治療法の開発へ直結すると期待している。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】44,330千円 (直接経費: 34,100千円、間接経費: 10,230千円)

【研究分野】細胞生物学

【研究領域課題番号】18370084 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

オートファジー / インスリン / 糖尿病 / アミノ酸 / mTOR / FIP200 / ULK / ULK1

【研究成果の概要】

本課題ではオートファジーによる細胞内分解がどのように制御されるかについて、特に内分泌系に注目して解析を行うことを目的とした。まずオートファジーの生理的な制御機構を解析する目的で、栄養のマスターレギュレーターとして知られるタンパク質キナーゼmTORについて研究を行った。栄養飢餓時のmTORの不活性化を各臓器で調べたところ、各臓器のmTOR不活性化のタイミングはオートファジーの開始と非常に良く相関しており、実際生体内でもmTORがオートファジー制御に中心的役割を担っている可能性が示唆された。次にmTORの上流因子としてのインスリンの関与を、糖尿病モデルマウスを用いて調べた。その結果、ストレプトゾシン誘導性I型糖尿病モデルでは摂食時においてもオートファジーが誘導されることが観察され、それは心筋、骨格筋、肝で特に著明であった。また、この効果はインスリンと糖の投与について一部抑制可能であった。しかし、これらのマウスにおいても、絶食によってさらにオートファジーが誘導されるため、インスリンが主要なオートファジー制御因子ではあるものの、それ以外の因子の関与も示唆された。反対に、mTORの下流で機能するオートファジー制御因子として新規にFIP200というULK1結合因子を同定した。この因子はアミノ酸飢餓によって誘導されるオートファジー、および増殖因子の飢餓によって誘導されるオートファジーのいずれにも必要であることが判明した。この因子とmTORとの関連をさらに解析することによって、オートファジーの制御機構がより明らかにされることが期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】17,620千円 (直接経費: 15,400千円、間接経費: 2,220千円)

【研究分野】食品科学

【研究領域課題番号】15380090 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

トランスクリプトミクス / ニュートリゲノミクス / プロテオミクス / アミノ酸 / 食餌タンパク質 / 食品安全性 / 転写因子 / データベース / トランスクリプトーム / 遺伝子発現 / 大豆タンパク質 / 低アレルゲン化小麦粉 / 食品の安全性 / インスリン

【研究成果の概要】

食餌タンパク質の効果のトランスクリプトーム解析を進め、タンパク質栄養が脂肪組織の遺伝子発現プロファイルに及ぼす影響の解析を行った。PPARγの発現上昇などがタンパク質栄養悪化時のインスリン感受性上昇に関わっていると予想された。さらに各種動物性タンパク質の機能性の解析を試みた。一方、肝ガン培養細胞系を用いたアミノ酸欠乏の影響のトランスクリプトーム解析とさらにプロテオーム解析を行った。アミノ酸に直接応答して発現が変わる遺伝子を数多く見出すことができ、またその中には転写因子や翻訳制御因子も多く含まれることがわかった。さらに、オミックス解析をアミノ酸の過剰毒性の検討に利用することが可能かどうかを調べた。過剰シスチンの毒性には肝臓や心臓が主要な標的となっていることがわかった。
次にアミノ酸による転写や翻訳の制御系について、より詳細に調べた。タンパク質栄養の影響を仲介するFoxoやトランスクリプトーム解析により重要性が示されたATFなどの転写因子を中心に、その役割を検討した。また、アミノ酸がインスリンシグナルを制御する機構についても、仲介因子IRS-1のリン酸化の制御に着目して調べた。アミノ酸がホスファターゼを調節し、細胞の情報伝達に影響を与える新たな機構を提唱するに至った。
さらに、ニュートリゲノミクスにおけるオミックス解析の新たな方向性を探る目的で、食品の安全性評価へのトランスクリプトミクスの応用を図った。低アレルゲン化小麦粉の安全性が確認され、この手法の有効性が示された。
ニュートリゲノミクス分野を発展させる手段として、データベースの開発と利用が不可欠であると考え、これを作成して公開するに至った。DNAマイクロアレイの生データと文献情報の蓄積を進めた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2003 - 2005

【配分額】15,800千円 (直接経費: 15,800千円)

【研究分野】食品科学・製品科学

【研究領域課題番号】12460054 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

アミノ酸 / 転写因子 / IGF結合タンパク質-1 / DNAマイクロアレイ / インスリン受容体 / mTOR / ロイシン / 翻訳調節因子 / IGF結合タンパク質 / フォークヘッド / 翻訳制御因子 / エチオニン / インスリンレセプター / 翻訳開始因子 / インスリン / IGFBP-1 / 糖尿病 / USF / HNF-3

【研究成果の概要】

インスリン様成長因子結合タンパク質I(IGFBP-1)の遺伝子転写制御を指標として、アミノ酸が遺伝子の発現を制御する機構を解析したところ以下の新知見が得られた。ロイシンによる同遺伝子の発現制御は、ワートマニンとラパマイシンに感受性の経路を介すること、ロイシンは細胞内で認識されること、核内外の転写因子の移動も重要であること、等である。これに関与する転写因子として、HNF-3ファミリー、FoxOファミリーを同定し、それらの遺伝子発現がタンパク質・アミノ酸依存性に変化することを明らかにした。IGFBP-1遺伝子プロモーターにはUSFも結合し、USFの量の変化もアミノ酸による転写制御に関わっていることもわかった。III型コラーゲン遺伝子の発現もアミノ酸に良く応答するが、グルタミンの作用が顕著であり、その効果はATP合成を必要とするものであることを示した。食餌タンパク質のアミノ酸バランスに応答する遺伝子をDNAマイクロアレイにより網羅的に解析し、応答性遺伝子の全体像を明らかにした。インスリンの情報伝達機構は、タンパク質栄養の悪化により強められ、それは主にIRS-1のセリンリン酸化の減少とIRS-2遺伝子の発現によるものであることを初めて明らかにした。タンパク質の翻訳制御を標的とした一連の解析では、in vivoにおけるロイシンの作用には翻訳制御因子eIF4Eの活性制御がキーになっているが、骨格筋ではインスリンとは独立に、肝臓ではインスリン依存性に作用することがわかった。In vivoにおけるロイシンの作用もmTORのセリンリン酸化を介していることを証明した。さらにトリプトファンは肝臓特異的にeIF4Eに作用して翻訳を刺激すること、エチオニンはATP減少とmTOR活性低下を経て翻訳活性を抑制することなどもわかった。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】13,900千円 (直接経費: 13,900千円)