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転写共役因子 Peroxisome proliferator
Kobe University Repository : Kernel Title 転写共役因子Peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1 (PGC-1α)の新規アイソフォームの同 定(Identification of a novel isoform of peroxisome proliferator-activated receptor g coactivator-1 (PGC1α)) Author(s) 金, 世煜 Citation 神戸大学医学部紀要=Medical journal of Kobe University,65(1/2/3/4):1-9 Issue date 2005-03 Resource Type Departmental Bulletin Paper / 紀要論文 Resource Version publisher DOI URL http://www.lib.kobe-u.ac.jp/handle_kernel/00422382 Create Date: 2017-03-31 l 転写共役因子 Peroxisomep r o l i f e r a t o r a c t i v a t e dr e c e p t o rγ c o a c t i v a t o r l (PGC-lα) の新規アイソフォームの同定 世建 金 神戸大学大学院医学系研究科応罵分子医学講座 結束病代語・消化器・腎臓内科 連絡先:金 世霊 神戸大学大学誌医学系研究科応用分子医学講窪 糖尿病代認・消化器・腎臓内科 神戸市中央区橋町 7-5-1 電話:078-382-5861 Fax:078-382-2080 〈平成 1 6 年 5月2 7日受付〉 子の活性を制調することにより,多彩な生物学的作用 【要約】 を発揮することが報告されているが,中でも生体のエ マウスゲノム靖報の解析かち p e r o x i s o m ep r o l i f e r a t o r - a c t i v a t e dr e c e p t o r γcoactivator-1α(PGC-1α) の新規アイソフォームを同定した。この薪規アイソフォー ムの mRNAのアミノ駿コード領域は,諜報の PGC豆NAの 5 '嬬の 1 6アミノ酸分の塩基配列が,こ 1αm 2アミノ離分の配列に置換されてお れとは異なった 1 り,既報の第 lエクソンの上流に存在する新規エクソ ネルギ一代謝の制御における作用が注目されてい る は , 3)。 PGC-1α は謁色脂訪組識に発現し,寒冷暴露により その発現は強く誘導される。梅色脂肪中では, PGC-1 αは PPARγ や甲状腺ホルモン受容体の転写活性を n c o u p l i n gp r o t e i n(UCP)1を 刺激することにより, u こ関与する遺伝子の発現を増強さ はじめとした熱産生 i ンからの転写顎始によって生じるスプライシングバリ GC-lα は絶 せる作用を有する(1)。また,肝臓では P アントと考えられた。薪農アイソフォームは骨諮筋お 食により発現が誘導され,摂食によりその発現は抵下 こ強発現していた。アデノウイルス よび心筋に特異的 i するは〕。肝細胞で P GC-lα は HNF-4α ,グルココル ベクターを用いて C 2C12培養筋篤縮胞に本アイソフォー チコイド受容体, Fox むなどの転写国子に結合し, ムを強制発現させると, これらの転写活性を刺激することによりフォスフォエ ミトコンドワア関連莞缶子の ノールピルどン酸カルボキシキナーゼやグルコース 8 発現が増加し組識学的検討でもミトコンドワアの増加 を認めた。また, リポーターアッセイにより,転写!z9 リン酸脱リン酸化酵素といった糖薪生系遺伝子む発現 を誘導する(4一 九 子N u c l e a rr e s p i r a t o r yf a c t o r 1の転写活性を増強 GC-1α の させる{乍患を持つことが明らかとなった。 P 骨格筋の筋線維は 1型線維(遅筋)と 2型線維(速 新規アイソフォームは,骨格筋のエネルギ一代謝変化 筋)に分類される(7)0 1型隷維にはミトコンドリアが の制御に関わる可能性が示唆された。 豊富であり,エネルギー需要を酸化的リン酸化経籍 i こ より強く依存するのに対し 【緒 2聖線維はグリコーゲン 分解からのエネルギーにより強く抜存する。骨格筋で GC-1α 辻 1型線維に高発現するが, PGC-lα を はP Peroxisome p r o l i f e r a t o r a c t i v a t e d receptorγ coactivator-1α(PGC-1α)は,転写冨子 Peroxisome p r o l i f e r a t o r a c t i v a t e dr e c e p t o r γ(PPARγ 〉 に 結 本来 2型線維が主鉢の筋において 1型線維を詩徴づ ける種々の遺伝子の発現が増加し, ミトコンドワアも 合し,その転写活性を増強させる転写共投国子として 増加する (8)。また骨格筋生挨む解析から GC-lα は操々な転写茜 罰定された該蛋白である (1)0 P 患者の骨搭筋では P GC-lα によって誘導される遺長 発現させたトランスジェニックマウスでは, 筋肉に通乗j 【キーワード] P GC-lα ,スプライシングパワアント,第肉,転写共役因子 (1) 2型轄尿病 2 αaもしくは pcDNAjPGC-1αb,1μgの pcDNAj NRF-1,0.1μgの ・ ガ ラ ク ト シ ダ ー ゼ 遺 伝 子 を コ ー 子 群 の 発 現 が 低 下 す る こ と も 報 告 さ れ て い る (9・ヘ GC-1α は骨絡筋のエネノレギ一代謝制梅に すなわち, P ドする SRα(SRαjLacZ) の各プラスミドを混合後, LipofectAMINE (インビトロジェン)を用いて, 2 4 重要な役割を果たす転写共役因子であるとともに,骨 格筋における P GC-1α む 機 能 や 発 現 の 低 下 は 2型 ウェルプレートで培養した 2 9 3細 抱 i こ導入した。 pcD 糖尿痛む病謹と関連する可能性が示唆される。 今@J,著者はマウスゲノム?膏報の解析により筋肉及 NAjPGC-1αa も し く は pcDNAjPGC-1αb及び、 び心筋に高発現する P GC-1α の新規アイソフォーム pcDNAjNRF-1の 導 入 を 行 わ な い 場 合 は , 遺 伝 子 を を同定し,その発現特性及び機能について検言ました。 cDNA.3.1を方日え, コードしない p 本研究により, この新規アイソフォームは骨格筋のヱ ンに用いるプラスミド量は常に 3.1μgとなるよう謁 ネルギ一代謝変化の制御に重要な機能を果たす可能性 整した。 4 8時 間 後 に 組 抱 を 呂 収 し , 可 解 化 分 画 の ル が示唆された。 シフエラーゼ活性及び・ガ、ラクトシダーゼ活性をホタ トランスフェクショ ルルシフエラーゼアッセイシステム及び β ガラクトシ 【方 法】 ダーゼアッセイシステム〈プロメガ〉により測定し, βガラクトシダーゼ活性あたりのルシフエラーゼ活性 1の転写活性を算出した。 により N豆F 蛋自発現ベクター マウス P GC-1α の新規アイソフォーム (PGC-1αb) の cDNAは , PGC-1α1b特異領域を含むセンスプラ 及び既報のマウス P GC-1α の カ ル ボ キ シ ル 末 端 の 匡 C2C12筋詩紹抱への PGC-lαbの過剰発現 C2C12筋 芽 縮 胞 は 既 報 の ご と く 培 養 し , 筋 誇 紹 抱 2C12筋 筒 細 胞 に 以 前 に への分化誘導を行った(ヘ C 5 'c a aagct g a 子山こ本自民なアンチセンスプライマー ( 記載した方法に従って (ωAxCAPGC-lαbもしくは対 c a cc c gt g aa t 3 ' ) を 用 い て , マ ウ ス 膏 搭 筋 cDNA ライブラリー〈タカラバイオ〉を鋳主として PCRに 8時間後に 照 と し て AxCALacZを 感 染 さ せ , 感 染 4 5 't g agtga c atgga t gt t gggat t gt 3 ' ) イマー ( て 増 幅 し た 。 既 報 の PGC-1α(GC-1αa) 0) cDNA o t a l RNAを抽出し, 細抱を回収し,細胞から t RT-PCRI こ供した。また,@J収した細胞を電子顕微 も同じライブラワーより PCRにて増幅した。これら 鏡による解析に供した。 の cDNAを 蛋 自 発 現 ベ ク タ -p cDNA3.1 (インピト GC-lα 各アイソフォームの発現 マウス各臓器の P ロジェン) !こサブクローニングし,それぞれのベクター を pcDNAjPGC-1αb,pcDNAjPGC-1αaと名づけ 5匹む 1 0適齢雄性 ICRマウスの各臓器を話時摂金 た 。 PGC-1αbをコードするアデノウイルスベクター o t a lRNAを揺出した。各語体か 0 t 辱た 下で採取し t akaraAdenovirus E x p r e s s i o nキット〔タカラ はT バイオ)を用いて,既報の手技(叫に従い作成し, Ax t o t a lRNAを等量づ、つ還合した後,定量的 RT-PCR によち, P GC-lα 各アイソフォームの発現量を解析し CAPGC-1αbと名づけた。 β ガ ラ ク ト シ ダ ー ゼ 遺 伝 f こ 。 子 を コ ー ド す る ア デ ノ ウ イ ル ス ベ ク タ -AxCALacZ 定量的 RT-PCR 辻東京大学童科学研究所,斉藤泉薄士より供与を受け た。ヒト N u c l e a rr e s p i r a t o r yf a c t o r 1 (NRF-l ) cDNAは PCR法によりヒト骨格筋 cDNA (タカラバ cDNA3.1にサブクロー イオ)を鋳型として増幅し. p 細 抱 , マ ウ ス 各 騒 器 よ り 抽 出 し た 約 3μgの t o t a l ニングした。このベクターは pcDNAjNRF-1と名づ RNAを鋳型として逆転写を行い, cDNAを毎た。こ こ記載した手技に従 の cDNAを 鋳 型 と し て , 以 前 i い<t 4 ) S Y B I ミ GreenPCR Masterキット(ノ fーキンエ けた。また,ヒト m i t o c h o n d r i a lt r a n s c r i p t i o nf a c t o r ルマー), S e q u e n c eD e t e c t o r Mode17900 (PE アプ A (mTFA) 遺伝子の NRF-1反 応 性 領 域 詰 既 報 と 同 隷にゆヒトゲノム DNA (タカラバイオ社)を鋳型と ライドセイエンス)を用いて定量的 PCR解析を行い, 36B4遺伝子に対する相対発現量として各撞遺伝子の こて増幅し,ホタルルシフエラーゼ遺伝子 して PCRI 発現量を定量した。遺伝子発現の検出に用いたプライ を コ ー ド す る ベ ク タ -pGL3 (インピトロジェン)に マーベアは以下の通りである。 PGC-1αb ,5 't g a サブクローニンクーした O 本 プ ラ ス ミ ド は mTFA- gtga c atgga t g坑 gggat t gt 3 ' (センス)及び 1ucjpGL3と名づけた。 5 't c gc a gg c tc a tt g tt g ta c tg g t 3 ' (アンチセ ンス) ;ATP合 成 酵 素 βサブユニット リポーターアッセイ lμgの mTFA-1ucjpGL3, 1μzの pcDNAjPGC-1 ( s u b u n i to f 'g a ga c ct t gggc ATPs y n t h e t a s e :bATPase),5 aga a t ca t ga a tg t ca 3 ' (センス〉及び、 5 ' -ggg く2) 3 c c ag c ag a tc c ac a ac c tt t at c 3 ' (アンチセンス); チトクローム c 喜変化欝素サブユニット I ( c y t o c h r o m ec o x i d a s e8 u b u n i t 宜 :COXI I ),5 'g c cg a ct a aa t c 't c tagga c a aagc a ac a gt a a 3 ' (センス)及び 5 a t gggca t aaagc t at 3 ' (アンチセンス) ;mtTF A,5 'a g tt c cc a cg c tgg 七a g tg t 3 ' (センス〉及 び5 'g c gc a ca t ct c ga c cc 3 ' (アンチセンス); NRF-1,5 'c a gc a ac c ct g atggc a cc g tg t cg 3 ' (センス)及び、 5 'g g cc t ct g at g ct t gc g tc g tc t g PGC-1αa及 び PGC-1αbのマウス各臓器における発 , 現分布について検討した。 PGC-1αaの mRNAは 0 PGC-1αa及 び 36B4mRNA g 3 ' (アンチセンス ) 既報どおり(1. 3) 掲色詰訪組識,骨格筋,腎臓,脳, の検出には既報のプライマーペアを用いた (14slao a )。一方, PGC心篇などの臓器に発現を認めた(璽 2 マウス各組織におぜる PGC-lαbの発現分布 PGC-1αa及び PGC-1αbの mRNAはノザンプロッ ト上ほぼ同等の位置に泳動されると予瀕され,ノザ、ン プロットにより両者の発現量を験討することは困難と 考えられた。そこで,各々のアイソフォームに特異的 なプライマーベアを患いた定量的 RT-PCR法により, lαbの mRNAI ま骨格筋及び心筋 i こ特徴的に高発現 【結 果】 しており,褐急詣訪組織にも軽震の発環を確認した ( 国2 b )。 PGC-lα 新規アイソフォームの同定 マウス ESTデータベースを竣索の結果,窺報む P GC-1αcDNAと 5 '剖のみが異なった塩基配列を有す る ESTクローンが存在することを見出した (ESTア クセッション番号 AW107131及 び B B 8 5 3 7 2 9 )。 こ れ らの ESTクローンの塩基配列から推定されるアミノ 酸記列は,既報の P GC-1α のアミノ末端 1 6アミノ按 2アミノ酸分の 分の塩基が欠失し, これとは異なる 1 塩基に量換された講造を持っていた(図 1)。マウス ゲノム清報データベースを検索した結果, PGC-lαbの強制発現が各謹遺{云子発現及びミトコン ドリア合成に及ぼす効果 C2C12筋笥紐抱にアデノウイノレスベクターを罵い て PGC-1αbを 強 制 発 現 し , 各 撞 の 内 因 性 の 遺 伝 子 発現を定量的 RT-PCR法により検討した。 PGC-1αa , PGC-1αbの共通部分を認識する抗体によるイムノプ ロットでは, C 2C12箆 篤 鱈 胞 に PGC-1α 蛋 白 は 検 出 できなかった(図 3 a )。また, RT-PCRによっても P GC-1αa (データ示さず), PGC-1αbの mRNAも検 出されなかった(密 3 b ) 0 C2C12筋 笥 組 胞 に pGC-1 a これら ESTクローンにおいて既報の PGC-1αcDNA塩 基 配 列とは異なる部生と完全に一致する配列が,既報の P G C 1 α 遺{云子の第一エクソン上流約 1 5 k bの位墨に存 , g0.020 " , '末 端 に は ス プ ラ イ シ ン 在した。この梧同性領域の 3 司 ‘ グ受容部のコンセンサス配列に合致する塩基配列が存 jom 芸0.016 D : : 在した。以上の知克から,今回同定した ESTクロー 毛 D 39GOB ンがコードする mRNAは , P GC-1α 遺伝子の未開定 U 0.004 0 のスプライシングパワアントに由来すると考えられた。 a . 以下,本論文では,既報の P GC-1α を PGC-1αaと b 今回同定したスプライシングバリアントを PGC-1αb 20 . 0 2 5 , と呼ぶ。 2 2962B a E0 . 0 1 5 z a t gg c tt g ggaca t gt g cagccaagact c tg t at g ga g tgaca t agag ~ 0 . 0 1 0 : o u 。 a . で 0 .005 MAWDMCS QDSVWSDI E b a t gt t gggat t gt c at c ca t gg a tt c aa t tt t gaaa 命 令 命 令 命 令 . . )参考 8 タ点々々 々々 9 o--ゼ「 密 2 . 各 種 臓 器 に お け る PGC・1αa及 び PGC-lαbの MLG LSSMDSILK 匿1 . PGC・1αa及び PGC-lαbのアミノ接配列の差異 a ) 及 び PGC-1αb ( b ) の翻訳 マウス PGC-1αa( 関桧部位のメチオニンをコードする ATGからの互い に相違した部位む全塩基配列およびそれに対応するア ミノ酸配列を示す。 0 発現分布 槌 時 摂 食 時 の マ ウ ス の 各 議 器 に お け る PGC-1αa ( a )及 び PGC-lαb( b ) の mRNA発現量を RT-PCR にて検討した。 mRNA量 は 36B4mRNAに 対 す る 相 対量を 3@]の実験で得ちれた植の平均値土標準誤差で 表示した。 (3) 4 αbをコードするアデノウイルスを感染させると, ウ イノレス量依存性 i , こ PGC-lαb0)mRNAは増加し, GC-lα 蛋白の発現も増加した またこれと平行して P a,b )。 〈 図3 PGC-lαbの強制発現によち, mTFA,NRF-l, bATPase,COXI Iの mRNA発現は,いずれも PGC1αbの発現量抜毒性に増加した〈図 3 c -f)。また, P GC-lαbを発現させた細胞の徴細構造を電子顕微鏡 のサイズの増大が観察された〈図 写活性化作用に及ぼす PGC-lαbの効果を検討した O 2 9 3細抱において, mTFAに 対 す る 転 写 活 性 は NRF-lの 発 現 i こより,基礎誼の約 2倍 に 増 強 し た ︽U 司 44 b Z ﹃ 15 50 噌E 5 民叫︽︾ G 玄 出 品 甲 山 口a6FEOO& B l o t :PGC.1α nununu a AxCAPGC・ 1αb: ( 話O l } 50 o Ax CAPGC1αb: 圃 ( M O I ) c 。一割弱﹄︿ZNhEマ図@品川﹃一宗一00 場.. < < l 《 25 0 : : 20 z E マ ∞ 15 u) F事 @ 10 自 陣 《 c . 5 ト ・ ~ ( M O I ) 5 15 50 G 5 15 50 7 6 5 4 3 2 1 8 0 Ax CAPGC・ 1αb: G d 。30 』 4 )。 PGC-lαbO)転写活性化作用 PGC-lαaは NRF-llこ亘接結合し,その活性を増 強することが知られている(12)。そこで, NRF-IO)転 。=EdZNhE- i こより換討した結果,単位視野あたりのミトコンドワ ア数の増加を認めるとともに,掴々のミトコンドリア 9 5 15 50 Ax CAPGC-1αb: ( M O I ) -H 0 . 5 ZHh 呈・マ包@目立で 0 . 4 0 . 3 0 . 2 Hhgz 0 . 1 8 AxCAPGC・1αb: 司4 4 z aHTqu nunununuw nununUAU 剛志円ミ HhaFE 。ぉ酬と︿ZU5守 。 語︽ e e 。 Q AxCAPGC・1αb: 15 5 50 5 15 50 ( M O I ) ( M O I ) 璽3 . PGCぺαbの強制発現による各蓮遺缶子発現の変化 C2C12筋筒細抱に記載の通りの重複感染度 ( m u l t i p l i c i t yo fi n f e c t i o n:MOI )I こて PGC-lαbをコードするア 8時間の紐抱から得た可溶化分画を PGC-lα を認識する デノウイルス (AxCAPGC-lα 訟を感染させた。感染後 4 8時間の細抱かる t o t a lRNAを得て, PGC-lα(b), 抗体を用いたイムノプロットに供した(心。また,感染後 4 bATPase(c),COXII( 心 , 血 TF A( e ),NRF-1(f)の mRNA発 現 量 を RT-PCRに て 検 討 し た 。 各 種 遺 伝 子 の mRNA量 i ま 36B4mRNAに対する相対量を 3呂の実験で得られた値の平均鐘士課準誤差で表示した。 (4) 5 ( 図 5)0 NRF-1とともに PGC-1αaを発現させると, 言 国 ~ 5 . 0 きに達した。また,同量の PGC-1αbを 礎 僅 の 約 5f : ; : ; 韓 三 4 . 0 NRF-1とともに発現させても,転写活性は基礎僅の 9 3組 抱 i こPGC-1αaもしくは P 約 5倍に増強した。 2 GC-1αbのみを発現させても, mTFAの転写活性は 基礎櫨の 6 . 0 0 . 既報どおり(1 2)mTFAの転写活性はさらに増強し,基 0 匂阻 害 3 . 0 z 。 惇 m 2.0 . 三 1.0 2倍に増強した。 暗 世 匂回 J 【考 察】 0 . 0 NRF: GC-1α の新規なスプライシン ノム清報の解析から, P P G C 1 α 訟を同定し,その特性を検 グバリアント ( 討した。 PGC-1αbは,既報の PGC-1α(PGC-1αa) のアミノ末端 1 6アミノ酸が欠失し,これとは異なる + + + PGC.1αb: ・ ・ ・ + ・ ÷ 図5 . PGC・1αbによる NRF-l転写増強作用 2 9 3細胞に mTFA-1ucjpGL3及び内密性諜準として , l pcDNAjPG のSRαjLacZともに, pcDNAjNRFC 1 α , pcDNAjPGC-1αbの各プラスミドを単独で ÷ もしくは記載どおりの組み合わせで導入した。遺伝子導 8時間後に細胞を冨寂し,ルシフエラーゼアッセイ 入4 とβガラクトシダーゼアッセイに供した。レポーター遺 缶子む転写活性は, βガラクトシダーゼ活性あたりのル シフエラーゼ活性む平均鐘±諜準誤差で表示した。 1 2アミノ駿 i こ置換された構造を持っていた。各種遺 伝子データベース検索の結果, PGC-1αbOオルソロ グをコードすると考えられる mRNAはマウスのみな らず, ラットやヒトにも確認される(データ示さず)。 Control + PGC ・1 αa: 本研究ではマウス ESTデータベース及びマウスゲ Ax CAPGC-1αb (MOI50) x5000 x10000 密4 . PGC・1αbの強制発現によるミトコンドワアの増加 C2C12筋筒細屈に重複惑染震 ( m u l t i p l i c i 匂T o fi n f e c t i o n:MO I )5 0にて PGC-1αbをコードするアデノウイル 8時間の椙抱をウイルス非感染細胞を対照として ( C o n t r ol)電子 ス (AxCAPGC-lαb) を感染させた。惑染後 4 0 0 0倍畿,下設 1 0 0 0 0f 音 イ 象 。 顕徴鏡的観察に供した。上段 5 (5) 6 これ辻, PGC-lαbがマウスのみならず,時乳動物に 生成や酸化的リン酸化に関わる各種の遺伝子の発現に GC-lα 遺{云子のスプライシング 普遍的;こ存在する P 対し主要な役割を果たすかは明らかではなし可。アイソ バリアントである可能性を示唆するものである O フォーム特異的な抗体を作成し,蛋白レベルで両アイ PGC-lαaと辻異なり, PGC-lαbの臓器分布は, ソフォームの発現量 C 絶対値を比較することは, PG , ほぼ骨諮筋及び心筋に限局していた。 PGC-lαaは C lαbむ生理的意義のさらなる検討にとって重要で 骨格筋では呼吸鎖における接化的リン酸化に関わる遺 あろう。また,各アイソフォームを特異的に欠失する 伝子の誘導に関与するとともに, ミトコンドリアの生 遺伝子欠損マウスを作成すれば,橿体レベルでのエネ 成にも重要な磯能を果たすと考えられている ω 。そこ ルギ一代謝における生理的機能む差異が暁らかになる で,本萌究では,士吾養筋笥縮抱に PGC-lαbを過剰 と考えられる。また,運動急需により骨格筋の酸化的 発現し,各種の内菌性遺伝子の発現を検討した。 リン酸化能やインスワン抜葎性む糖取り込み能は増強 2 九 ま た , 運 動 負 需 に よ っ て 骨 権 第 0) PGC-l する (20, C2C12詰養篇簡細胞にアデノウイルスベクターを用 いて PGC-lαbを発現させると,酸化的リン酸化に 必 須 の 欝 素 で あ る bATPase及 び COX豆 0) mRNA が PGC-lαb蛋自の発現量の増加に伴って強く誘導 された。 bATPaseむ遺託子は核内ゲノム上に存在す るのに対しく16), COX宜遺伝子はミトコンドワア遺伝 増加するのかという点も,今後む重要な検討課題と考 子にコードされる的。 mTFAは核内ゲノムにコード えられる。 される転写因子であるが, αの発現量が増加すること (22, 2 3 )も知られており,運動 GC-lα 負荷による骨格筋の糖指費代諜の変化には, P の発現増強が重要な投書日を果たす可能性がある O 運動 GC-lα のいずれのアイソフォームが 負荷において P 最近, DNAマイクロアレイを黒いた解析により, こ移行して ミトコンドりア i ミトコンドワアむ各謹の遺伝子の発現誘導やミトコン 2聖糖尿病患者の骨格窮では PGC-lα 及び、 PGC-lα こ関与することが知られている(へ ドリア遺伝子の謹製 i いよって誘導される遺缶子群の発現が低下していると こ関 また,転写冨子 NRF-lは各種の酸化的ワン喜変化 i り報告がなされたけ, 1九 ま た わる酵素の遺伝子を誘導するとともに m n 工T FAむ遺 2型糖尿病患者の近親 者では,耐糖能が正常であっても,骨格筋におけるミ 伝子発現も活性化する c l 路 へ § トコンドリア機能が低下していることも報告されてい n 工T F 、 A及 び び 、 NRF-lの発現 l はま毘量依存性に増加し, り 弘 , m GC-lα の発現の抵 る位九すなわち骨格筋における P iこミトコンドリアの生成も誘導し 7 たこ。以上の結果 さら に 下や,それによって生じるミトコンドリア機能,すな 2型糖尿病の擢患 , PGC-lαaと同様に,箭肉にお よち, PGC-lαbは わち酸化的ワン酸化反症の抵下は ける酸化的リン酸化に関わる遺伝子の誘導能を有する 感受性を決定付ぜる遺伝的要菌の一つである可能性が とともに, NRF-ljmTFAカスケードを介してミトコ 示唆される o DNAマイクロアレイを用いた解析では ンドリアの生戒を増加させることが明ちかとなった。 PGC-lαbと PGC-lαaをI Rl.IlJできず 2型糖尿病患 2 9 3細胞を用いた一通性発現系により, PGC-lαa 者でいずれのアイソフォームの低下が生じているか辻 と PGC1αbむ転写共役活笹を検討したところ, PG 明らかではない。 PGC-lαb, PGC-lαaの各アイソ C-lαaと同様に PGC-lαbも NRF-lの転写活性を刺 ,PGC-lαbともに NRF-l非導入 激した。 PGC-lαa 細胞においても, mTFA0)プロモーター活性を基礎 9 3縮抱に 鐘に比して約 2倍に増加させたが,これは 2 存在する内菌性 0)NRF-lの活性を刺激した結果であ フォームの発現量を 2型糖尿病患者の骨格筋で検討す 雌 ることにより 2型糖京病の遺伝素因の解明にとって 有用な情報が得与れる可能性があろう。 【謝辞】 ると考えらえる。導入したプラスミド量あたちの NRF-lt こ対する転写共役活 詮 i こ は , PGC1αaと PG C lαb寵で差は認めなかった。すなわち, PGC-lαa と PGC-lαbは,少なくとも NRF-l1 こ対しては,ほ 賜りました神戸大学大学説志期分子医学講座,糧京病 ぼ同等の活性を有するものと考えられた。 車内科春日雅人教授に厚くお礼申し 代露首・消化器・腎E J 本研究にあたり, AxCALacZを撰与いただきまし 問 PGC-lαa及び PGC-lαbが機能的 i こ同等であると た斉藤泉博士に深く惑謝いたします。また,ご指導を 上げます。 仮定すると,これらのアイソフォームのうちいずれが 【文献】 生理的に重要かは,南アイソフォームの発現量の多寡 に依存すると考えられる o RTPCR法では両者の発 田 1) P u i g s e r v e r,P .,Wu,Z .,Park,C.W.,G r a v e s, right,M.,S p i e g e l m a n,B . M . :A c o l d R . , W 現量の絶対鐘を比較することは困難であり,骨諮筋に おいていずれむアイソフォームが, ミトコンドリアの (6) 7 i n d u c i b l e c o a c t i v a t o r o f n u c l e a r r e c e p t o r s r e s p o n s i v e g e n e s i n v o l v e d i n o x i d a t i v e l i n k e dt oa d a p t i v et h e r m o g e n e s i s .C e l l 党: p h o s p h o r y l a t i o na r ec o o r d i n a t e l yd o w n r e g u l a t e d 8 2 9 8 3 9,1 9 9 8 . ., K r a l l i, A.:PGC-1, a v e r s a t i l e 2) Knutti, D i n human d i a b e t e s . Nat G e n e t .3 4 :2 6 7 2 7 3, c o a c t i v a t o r .T r e n d . Endocrinol . Metab. 1 2 : 1 0 )P a t t i,M.E . , B utte,A . J .,Crunkhorn,S .,C u s i, 2 0 0 3 . K.,B e r r i a,R . , Kashyap,S .,主 主i y a z a k i,Y., 3 6 0 3 6 5,2 0 01 . 3) P u i g s e r v e r,P .,Spiegelman,B .M . :Peroxisome Kohane,, . 1C o s t e l l o,M.,S a c c o n e,R . , Landaker , p r o l i f e r a t o r a c t i v a t e dr e c e p t o r g a m m ac o a c t i v a t o r E .J .,G o l d f i n e,A . B .,五 在un ,E . , DeFronzo,R . , lα(PGC-1α):t r a n s c r i p t i o n a lc o a c t i v a t o rand F i n l a y s o n,J .,Kahn,C .R . , Mandarino,L . J . : m e t a b o l i cr e g u l a もo r . Endoc r .R e v .2 4 :7 8 9 0, Coordinated r e d u c t i o no fg e n e so fo x i d a t i v e 2 0 0 3 . metabolismi nhumanswithi n s u l i nr e s i s t a n c e 4) Yoon,J . C .,P u i g s e r v e r,P Chen,G .,Donovan, and d i a b e t e s :P o t e n t i a lr o l eo f PGC1 and J .,Wu,Z .,Rhee,J .,Adelmant,G .,S t a f f o r d, NRF1 . Proc Natl Acad S c i USA. 1 0 0 :8 4 6 6 - J .,Kahn,C .R . , Granner ,D .K . , Newgard,C . 0 0 3 . 8 4 7 1,2 勺 B . , S piegelman, B .M . : C o n t r o lo fh e p a t i c 1 1 ) Sakaue,H.,Ogawa,W.,Takata,M.,Kuroda, g lu c o n e o g e n e s i s もhrough t h et r a n s c r i p t i o n a l S ., Kotani, K . , Matsumoto, M., Sakaue, c o a c t i v a t o rPGC-1 .N a t u r e .4 1 3 :1 3 1 1 3 8,2 0 01 . h ι, N i s h i o, S ., Ueno, 五 Kasuga, 1 ¥ ι : 5) Herzig,S .,Long,F .,Jhala,U . S .,Hedrick,S ., P h o s p h o i n o s i t i d e 3 k i n a s e i s r e q u i r e d f o r Quinn,R . , Bauer,A .,Rudolph,D .,Schutz, i n s u l i n i n d u c e dbutnotf o rgrowthhormone- G .,Yoon,C .,P u i g s e r v e r,P .,Spiegelman,B ., o rh y p e r o s m o l a r i t y i n d u c e dg l u c o s e uptake Montminy, 主 主 i n 3T3-L1 a d i p o c y t e s . Mol Endocrinol .1 1 : CREB r e g u l a t e s h e p a t i c 1 5 5 2 1 5 6 2,1 9 9 7 . g l u c o n e o g e n e s i s through t h e c o a c t i v a t o r 1 2 ) 羽T u,Z .,P u i g s e r v e r,P .,Andersson ,U .,Zhang, PGC-1 .N a t u r e .4 1 3 :1 7 9 1 8 3,2 0 01 . C ., Adelmant, G ., Mootha, V., Troy, 6) P u i g s e r v e r,P .,Rhee,J .,Donovan,J .,Walkey, Altomonte,J .,Dong,H .,A c c i l i,D .,S p i e g e l m a n, A., C i n t i, S ., L o w e l l, B . , S c a r p u l l a, R.C ., Spiegelman,B . M . : Mechanismas C o n t r o l l i n g I n s u l i n r e g u l a t e dh e p a t i cg l u c o n e o g e n e s i s E 在i t o c h o n d r i a l B i o g e n e s i s and R e s p i r a t i o n throughFOX01-PGC-1αinteraction.N a t u r e . throught h eThermogenicC o a c t i v a t o rPGC同 1 . C . J .,Yoon,J . C .,O r i e n t e,F .,Kitamura,Y . , B . 拡 C e l L9 8 :1 1 5 1 2 4,1 9 9 9 . 4 2 3 :5 5 0 5 5 5,2 0 0 3 . 7) Booth,F.W. & Thomason,D .B . :M o l e c u l a r 1 3 ) Takata,M.,Ogawa,W.,Kitamura,T .,Hino, andc e l l u l a ra d a p t a t i o no fmusclei nr e s p o n s e Y ., Kuroda, S ., Kotani, K . , K l i p, A . , t oe x e r c i s e :p e r s p e c t i v e so fv a r i o u sm o d e l s . Gingras,A.C.,Sonenberg,N.,Kasuga,話 J Physiol .R e v .7 1 :5 4 1 5 8 5,1 9 91 . Requiremnet f o r Akt ( p r o t e i nk i n a s e B) i n 8) Lin,J .,羽T u,五 円 Tarr,P . T .,Zhang,C . Y ., i n s u l i n i n d u c e da c t i v a t i o no fg l y c o g e ns y n t h a s e Wu,Z .,Boss,0 .,Michael,L . G .,P u i g s e r v e r,P ., andp h o s p h o r y l a t i o no f4E-BP1 (PHAS-l ) .J I s o t a n i,E . , O lson,E .N .,L o w e l l,B . B . , B a s s e l - B i o lChem. 2 7 4 :2 0 6 1 1 2 0 6 1 8,1 9 9 9 . Duby, 豆 . , S piegelman,B .M . :T r a n s c r i p t i o n a l 1 4 ) 話i y a k e, ζ 1 , Ogawa, W., Matsumoto, M., c o a c t i v a t o rPGC-1a l p h ad r i v e st h eformation Nal 王a mura, T ., Sakaue,五., Kasuga, M . : o fs l o w t w i t c h muscle f i b r e s .N a t u r e .4 1 8 : Hyperinsulinemia, g l u c o s ei n t o l e r a n c e, and 7 9 7 8 01 .2 0 0 2 . d y s l i p i d e m i ai n d u c e d by a c u t ei n h i b i t i o no f p h o s p h o i n o s i t i d e3 k i n a s es i g n a l i n gi nt h e 9) 在 ¥ 1ootha,V.K.,Lindgen,C.M.,E r i k s s o n,K.F ., Subramanian,A.,S i h a g,S .,L e h a r,J .,P u i g s e r v e r, l i v e r .J .C l i n .I n v e s t .1 1 0 :1 4 8 3 1 4 9 1,2 0 0 2 . P .,C a r l s s o n,E . , R i d d e r s t r a l e,M.,L a u r i l a, 1 5 )I n o u e,H .,Ogawa,W.,Ozaki,M.,Haga,S ., E . , H o u s t i s,N.,Daly,M.J.,P a t t e r s o n,N ., Matsumoto,M.,Firukawa,K . , Hashimoto, Mesirov, J . P ., Golub, T .R . , Tamayo, P ., Spiegelman, B . , Lander ,E .S ., Hirschhorn, N., Kido, Y ., Mori, T ., Sakaue,五., Teshigawara, K . , J i n, S ., I g u c h i, H., J . N .,A l t s h u l e r,D .,Groop,L .C . :PGC-1a1pha- Hiramatsu,豆., LeRoith, D ., Takeda, K ., (7) 8 Akira,S .,Kasuga,M . :R 0 1 eo f ST AT3i n r e g u 1 a t i o no fh e p a t i cg l u c o n e o g e n i cg e n e s and c a r b o h y d r a t e metabolism i nv i v o . Nat Med. 1 0 :1 6 8 1 7 4,2 0 0 4 . 1 6 ) Das,A.M.: 豆e g u l a t i o no ft h em i t o c h o n d r i a l 在0 1 ATP-synthase i nh e a l t h and d i s e a s e .五 0 0 3 . GenetMetab. 7 9 :7 1 8 2,2 1 7 ) Gnaiger, E . , L a s s n i g, B ., Kuznetsov, A . , R i e g e r, G ., M a r g r e i t e r, R . : M i t o c h o n d r i a l oxygen a f f i n i t y, r e s p i r a t o r y f l u x c o n t r o l ande x c e s sc a p a c i t yo fcytochromeco x i d a s e . l .2 0 1 :1 1 2 9 1 1 3 9,1 9 9 8 . J ExpB i o 1 8 )S h a d e l, G . S ., Clayton,D . A . :M i t o c h o n d r i a l t r a n s c r i p t i o ni n i t i a t i o n .V a r i a t i o nandc o n s e r v a - t i o n .J .B i ol . Chem. 2 6 8 :1 6 0 8 3 1 6 0 8 6,1 9 9 3 . 1 9 )S c a r p u l l a, R .C . : N u c l e a r c o n t r o l o f r e s p i r a t o r yc h a i ne x p r e s s i o ni n mammalian c e l l s .J .B i o e n e r g . Biomembr. 2 9 :1 0 9 1 1 9, 1 9 9 7 . . O .,C o y l e,E .F . :A d a p t a t i o n so f 2 0 )H o l l o s z y,J s k e l e t a lm u s c l et oe n d u r a n c ee x e r c I s e and t h e i rm e t a b o l i cc o n s e q u e n c e s .JApplPhysiol . 5 6 :8 3 1 8 3 8,1 9 8 4 . 21 )G albo,H . :I n f l u e n c eo f aging and e x e r c i s e on e n d o c r i n ef u n c t i o n .I n tJS p o r t Nutr ExercMetab. 1 1S u p p l :S 4 9 5 7,2 0 01 . 2 2 ) Baar,K . , Wende,A .R . , J o n e s,T .E . , Marison, M., N o l t e, L .A . , Chen, M., K e l l y, D . P ., H o l l o s z y, J . O . : A d a p t a t i o n s o f s k e l e t a l muscle t oe x e r c i s e :r a p i di n c r e a s ei nt h e t r a n s c r i p t i o n a lc o a c t i v a t o rPGC-1 . FASEBJ . 1 6 :1 8 7 9 1 8 8 6,2 0 0 2 . . P .,F e i l c h e n f e l d t,J .,S c h r e i b e r,S ., 2 3 )R u s s e l l,A Praz,M.,C r e t t e n a n d,A .,G o b e l e t,C .,Meier, C . A .,B e l l,D .R . , K r a l l i,A.,G i a c o b i n o,J . P ., D e r i a z,0 . : Endurance t r a i n i n gi n humans l e a d st of i b e rt y p e s p e c i f i ci n c r e a s e si nl e v e l s o fperoxisomep r o l i f e r a t o r a c t i v a t e dr e c e p t o r g a 盟 国 ac o a c t i v a t o r 1a n dp e r o x i s o m ep r o l i f e r a t o r 註e l e t a lm u s c l e . a c t i v a t e dr e c e p t o r a l p h ai ns 0 0 3 . D i a b e t e s .5 2 :2 8 7 4 2 8 8 1,2 ., Dufour, S ., Befroy, D ., 2 4 )P e t e r s e n, K.F G a r c i a, R . , Shulman, G .1 . : I m p a i r e d 七o c o n d r i a la c t i v i t yi nt h ei n s u l i n r e s i s t a n t mi o f f s p r i n go fp a t i e n t sw i t ht y p e 2d i a b e t e s . N. Eng l .J .乱 在e d .3 5 0 :6 6 4 6 7 1,2 0 0 4 . (8) 2 I d e n t i f i c a t i o no fan o v e li s o f o r mo fperoxisomep r o l i f e r a t o r a c t i v a t e d 1a) r e c e p t o rg c o a c t i v a t o r 1 (PGC・ S h i y uJ i n D i v i s i o no fD i a b e t e sa n dD i g e s t i v ea n dK i d n e yD i s e a s e s,D e p a r t m e n to fC l i n i c a lM o l e c u l a rM e d i c i n e, K o b eU n i v e r s i t yG r a d u a t eS c h o o lo fM e d i c i n e,豆o b e6 5 0 0 0 1 7,J a p a n We h a v ei d e n t i f i e dan o v e ls p l i c i n gv a r i a n to fp e r o x i s o m ep r o l i f e r a t o r a c t i v a t e dr e c e p t o r γ e r i v e d from a p r e v i o u s l yu n i d e n t i f i e d exon o ft h e PGC-lαgene. T h i s c o a c t i v a t o r l (PGC-lα),d i s o f o r mwasa b u n d a n t l ye x p r e s s e di ns k e l e t a lm u s c l eandh e a r t . E c t o p i ce x p r e s s i o no ft h ei s o f r o mo f t h e PGC-lαinto C2C12 myotubes w i t ht h eu s eo fa d e n o v i r u s m e d i a t e dg e n et r a n s f e ri n c r e a s e dt h e mRNA l e v e l so fg e n e si n v o l v e di nm i t o c h o n d r i a lr e s p i r a t o r yc h a i n and s t i m u l a t e db i o g e n e s i so f m i t o c h o n d r i a . R e p o r t e rg e n ea s s a y sr e v e a l e dt h a tt h ei s o f r o ms t i m u l a t e dt r a n s a c t i v a t i o na c t i v i t yo f n u c l e a rr e s p i r a t o r yf a c t o r -1 . These r e s u l t ss u g g e s tt h a tt h en o v e li s o f o r mo f PGC-lαplays an i m p o r t a n tr o l ei ne n e r g yh o m e o s t a s i si ns k e l e t a lm u s c l e . (9)