文献情報
文献番号
199900199A
報告書区分
総括
研究課題名
トランスジェニックマウスを用いた老化関連代謝疾患の成因解明と、予防法に関する研究
課題番号
-
研究年度
平成11(1999)年度
研究代表者(所属機関)
江崎 治(国立健康・栄養研究所)
研究分担者(所属機関)
- 山田信博(筑波大学)
- 山本徳男(東北大学遺伝子実験施設)
- 門脇孝(東京大学医学部)
研究区分
厚生科学研究費補助金 総合的プロジェクト研究分野 長寿科学総合研究事業
研究開始年度
平成9(1997)年度
研究終了予定年度
平成11(1999)年度
研究費
32,500,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
高齢者になると骨格筋量が減少し、そのかわりに脂肪量が増加してくる。80代になると、30代の時に比べ、筋肉量が30～40%減少する。さらに悪いことに、脂肪の中でもたちの悪い内臓脂肪が増加することが知られていて、高齢者に多い生活習慣病(糖尿病・高脂血症・高血圧症・動脈硬化症等)の主要な発症原因になっている。
本研究では、これらの成因を明らかにするため、糖質/脂質代謝に影響を与える遺伝子を導入したトランスジェニックマウスやノックアウトマウスを作成し、どの組織のどの遺伝子異常が個体レベルで糖脂質代謝にどのような影響を与えているか明らかにする。これらの結果を基に、老化に多く認められる疾患の成因や予防法を明らかにする。今年度は、インスリン抵抗性の発症原因遺伝子の探索、インスリン抵抗性の新しい治療法、肥満とエネルギー代謝との関連に関する研究、高脂血症に関して研究を行った。
本研究では、これらの成因を明らかにするため、糖質/脂質代謝に影響を与える遺伝子を導入したトランスジェニックマウスやノックアウトマウスを作成し、どの組織のどの遺伝子異常が個体レベルで糖脂質代謝にどのような影響を与えているか明らかにする。これらの結果を基に、老化に多く認められる疾患の成因や予防法を明らかにする。今年度は、インスリン抵抗性の発症原因遺伝子の探索、インスリン抵抗性の新しい治療法、肥満とエネルギー代謝との関連に関する研究、高脂血症に関して研究を行った。
研究方法
高齢者による耐糖能悪化の成因の1つにインスリン抵抗性の発症が知られている。本態性高血圧症のモデル動物として知られ、同時に高インスリン血症、耐糖能異常、高中性脂肪血症や内臓脂肪蓄積を呈する、Spontaneously Hypertensive Rats(SHR)のインスリン抵抗性原因遺伝子を、QLT解析、Radiation hybrid mapping法で同定する。
筋肉、脂肪組織(WAT、BAT)に特異的に発現している糖輸送体(GLUT4)は、末梢組織での糖代謝の律速段階になっていて、この量の変化は、個体でのインスリン感受性に直接影響を与える。実際、高脂肪食による糖尿病の発症が糖輸送体(GLUT4)の筋肉組織での2倍程度の過剰発現により完全に防止できるため、GLUT4蛋白の発現機序が明らかになり、GLUT4量を増加させることができれば寝たきり老人や、高齢者にとり、非常に有益である。プロモーター部分の長さが異なるGLUT4トランスジェニックマウス(-7396,-3238,-2001,-1001,-701,-551,-442,-423)を作成し、運動や高脂肪食に反応するシスエレメントや組織特異的発現調節エレメントを推定した。又、ゲルシフト、フットプリント法を用いてより細かい分析を行った。
高齢者に於いては、内臓性肥満の発症により、インスリン抵抗性が出現し、アテローム性のプラーク病変を形成することになる。このため、脂肪の分化に必須の役割を持つPPARγの役割を明らかにするため、PPARγのノックアウトマウスを作成した。
又、アポEを結合する特異的なレセプターを2つ同定した。1つはVLDLレセプター、もう一つはアポEレセプター2と名付け、これらのダブルノックアウトマウスを作成し、その表現型を明らかにした。
筋肉、脂肪組織(WAT、BAT)に特異的に発現している糖輸送体(GLUT4)は、末梢組織での糖代謝の律速段階になっていて、この量の変化は、個体でのインスリン感受性に直接影響を与える。実際、高脂肪食による糖尿病の発症が糖輸送体(GLUT4)の筋肉組織での2倍程度の過剰発現により完全に防止できるため、GLUT4蛋白の発現機序が明らかになり、GLUT4量を増加させることができれば寝たきり老人や、高齢者にとり、非常に有益である。プロモーター部分の長さが異なるGLUT4トランスジェニックマウス(-7396,-3238,-2001,-1001,-701,-551,-442,-423)を作成し、運動や高脂肪食に反応するシスエレメントや組織特異的発現調節エレメントを推定した。又、ゲルシフト、フットプリント法を用いてより細かい分析を行った。
高齢者に於いては、内臓性肥満の発症により、インスリン抵抗性が出現し、アテローム性のプラーク病変を形成することになる。このため、脂肪の分化に必須の役割を持つPPARγの役割を明らかにするため、PPARγのノックアウトマウスを作成した。
又、アポEを結合する特異的なレセプターを2つ同定した。1つはVLDLレセプター、もう一つはアポEレセプター2と名付け、これらのダブルノックアウトマウスを作成し、その表現型を明らかにした。
結果と考察
SHRの脂肪細胞でのインスリン刺激後の糖取り込みを指標として、SHRのインスリン抵抗性の原因遺伝子座を第4および第12番染色体上にマッピングした。4番染色体の当該領域にはインターロイキン6(IL-6)、内皮由来一酸化窒素合成酵素(eNOS)、L型カルシウムチャンネル(Cchl-2a)、脂肪酸輸送担体(Cd36/FAT)遺伝子が、また12番染色体の当該領域には、インスリン受容体(INS-R)、インスリン受容体基質-3(IRS-3)遺伝子の局在が明らかとなった。
高齢者に対して、GLUT4を増加させる方法を見出す目的で、運動、高脂肪食に反応するシスエレメントの同定を行った。GLUT4の発現調節領域が狭められ、ゲルシフト、フットプリント法により運動に反応するシスエレメントの分析が進んだ。運動及び高脂肪食に反応するエレメントがそれぞれ-551と-442の間、-701と-551の間に存在することが分かり、転写因子を同定するためのシスエレメントをin vivoにおいて同定できることが明らかになった。又、運動によるGLUT4発現増加のシスエレメントと除神経に反応するシスエレメントが異なったことから、運動によるGLUT4発現増加への神経性因子の関与は否定的であると考えられた。
PPARγヘテロ欠損マウスは普通食下では異常を認めなかったが、高脂肪食下での脂肪の蓄積と脂肪細胞の肥大化が抑制されており、インスリン抵抗性を来しにくい傾向にあった。野生型PPARγは高脂肪食での脂肪細胞肥大化やインスリン抵抗性を媒介しており、倹約遺伝子(thrifty gene)と考えられた。PPARγ活性を低下させる薬剤は新たなインスリン抵抗性改善薬として用いることが出来る可能性が示唆された。UCP2トランスジェニックマウスでは、脂肪組織で外因性UCP2 mRNAが内因性の1.5～2倍位発現していた。高脂肪食摂取下ではノントランスジェニックマウスで肥満が認められたのに対し、UCP2過剰発現トランスジェニックマウスでは体重増加の抑制が認められた。UCP2を増加させることはヒトの肥満・糖尿病発症の予防および治療に有効であると考えられる。
アポEレセプター2の単独欠損はマウスの表現型に大きな影響を与えないが、VLDLレセプターとアポEレセプター2が共に欠損するダブルノックアウトマウスは、まともに歩けず常に左にこけたり、右にこけるというよたった足取りを取ることが明らかになった。このような表現系はリーラーとかよたりマウスと呼ばれるミュータントと同じで、リポタンパクレセプターと脳のシグナル伝達系との関連が初めて示された。
高齢者に対して、GLUT4を増加させる方法を見出す目的で、運動、高脂肪食に反応するシスエレメントの同定を行った。GLUT4の発現調節領域が狭められ、ゲルシフト、フットプリント法により運動に反応するシスエレメントの分析が進んだ。運動及び高脂肪食に反応するエレメントがそれぞれ-551と-442の間、-701と-551の間に存在することが分かり、転写因子を同定するためのシスエレメントをin vivoにおいて同定できることが明らかになった。又、運動によるGLUT4発現増加のシスエレメントと除神経に反応するシスエレメントが異なったことから、運動によるGLUT4発現増加への神経性因子の関与は否定的であると考えられた。
PPARγヘテロ欠損マウスは普通食下では異常を認めなかったが、高脂肪食下での脂肪の蓄積と脂肪細胞の肥大化が抑制されており、インスリン抵抗性を来しにくい傾向にあった。野生型PPARγは高脂肪食での脂肪細胞肥大化やインスリン抵抗性を媒介しており、倹約遺伝子(thrifty gene)と考えられた。PPARγ活性を低下させる薬剤は新たなインスリン抵抗性改善薬として用いることが出来る可能性が示唆された。UCP2トランスジェニックマウスでは、脂肪組織で外因性UCP2 mRNAが内因性の1.5～2倍位発現していた。高脂肪食摂取下ではノントランスジェニックマウスで肥満が認められたのに対し、UCP2過剰発現トランスジェニックマウスでは体重増加の抑制が認められた。UCP2を増加させることはヒトの肥満・糖尿病発症の予防および治療に有効であると考えられる。
アポEレセプター2の単独欠損はマウスの表現型に大きな影響を与えないが、VLDLレセプターとアポEレセプター2が共に欠損するダブルノックアウトマウスは、まともに歩けず常に左にこけたり、右にこけるというよたった足取りを取ることが明らかになった。このような表現系はリーラーとかよたりマウスと呼ばれるミュータントと同じで、リポタンパクレセプターと脳のシグナル伝達系との関連が初めて示された。
結論
今年度は、発生工学的手法を用いて、高齢者の代謝異常の解明、治療法の開発に関し、顕著な進歩が認められた。SHRラットのインスリン抵抗性原因遺伝子の探索、インスリン抵抗性の予防に関してGLUT4発現調節領域の分析、PPARγのノックアウトマウスの作成、脳に発現するアポEレセプター2とVLDL-レセプターのダブルノックアウトマウスの作成など多くの進展があった。
公開日・更新日
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