生体膜脂肪酸組成異常による小胞体ストレス応答活性化機構の解明

阐明生物膜脂肪酸组成异常引起内质网应激反应的激活机制

基本信息

批准号：
16J09843
负责人：
赤木聡介
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J09843/
关键词：
脂肪毒性リン脂質小胞体ストレス応答（UPR）CRISPR-Cas9 ゲノムワイドスクリーニング次世代シーケンスオートファジー 2型糖尿病インスリン抵抗性小胞体ストレス応答 TMEM52 ゲノムワイドknockoutスクリーニング飽和脂肪酸

项目摘要

私は昨年度までに、修士課程で見出したER局在型の機能未知膜タンパク質であるTMEM52が、骨格筋においてUPR活性化、およびインスリン感受性の正の制御因子として機能していることを明らかにした。TMEM52の解析と並行して、CRISPR-Cas9システムを利用したゲノムワイドスクリーニングにより、生体膜飽和化時のUPR活性化に関与する分子の網羅的な同定を試みており、昨年度までに、膜飽和化時のUPR活性化が抑制された細胞集団を得た。そこで今年度は、次世代シーケンス解析を通じ、膜飽和化時のUPR活性化に関与する遺伝子を同定した。次世代シーケンスのヒット遺伝子には脂質代謝酵素が多く含まれており、その中には膜リン脂質に脂肪酸を導入する酵素も存在していた。このことは、飽和脂肪酸の膜リン脂質への取り込み（膜飽和化）がUPR活性化に重要であることを強く支持している。またヒット遺伝子をGene Ontology解析した結果、オートファジー関連遺伝子が最上位に上がってきた。この結果をもとに、オートファジー阻害剤や、オートファジー関連遺伝子の欠損細胞を検証したが、どちらも膜飽和化時のIRE1の活性化が特異的に減弱していた。このことは、オートファジー経路が膜飽和化時のIRE1活性化に必要であることを強く示唆している。一般的に、UPRシグナルの下流でオートファジーが誘導されることは広く知られているが、今回の結果により、膜飽和化時においては、オートファジー経路とUPR経路がフィードバック的に相互制御している可能性が示唆される。また、ヒット遺伝子の中には、ER局在型の膜タンパク質も複数同定されており、その中には機能未知タンパク質も複数存在している。これらの膜タンパク質の中に、ER膜リン脂質の組成変化を感知し、IRE1やPERK活性化を引き起こすセンサー分子が存在する可能性がある。

去年，我发现 TMEM52（一种功能未知的内质网定位膜蛋白，是我在硕士课程中发现的）可以作为骨骼肌中 UPR 激活和胰岛素敏感性的正调节因子。在分析 TMEM52 的同时，我们尝试使用 CRISPR-Cas9 系统通过全基因组筛选来全面鉴定参与膜饱和期间 UPR 激活的分子，获得了 UPR 激活被抑制的细胞群。因此，今年，通过二代测序分析，我们鉴定出了膜饱和过程中参与UPR激活的基因。下一代测序命中基因包括许多脂质代谢酶，包括将脂肪酸引入膜磷脂的酶。这有力地证明了饱和脂肪酸掺入膜磷脂（膜饱和）对于 UPR 激活很重要。此外，对命中基因进行基因本体分析的结果显示，自噬相关基因名列前茅。基于这些结果，我们检查了自噬抑制剂和缺乏自噬相关基因的细胞，在这两种情况下，膜饱和时 IRE1 的激活都被特异性减弱。这强烈表明自噬途径是膜饱和时 IRE1 激活所必需的。一般来说，众所周知，自噬是在 UPR 信号下游诱导的，但我们的结果表明，自噬途径和 UPR 途径在膜饱和过程中以反馈方式相互控制，这表明可能存在。此外，在命中基因中还鉴定出多种内质网定位的膜蛋白，其中还有多种功能未知的蛋白。在这些膜蛋白中，可能存在传感器分子，可以感知内质网膜磷脂成分的变化并触发 IRE1 和 PERK 的激活。