Role of zinc dynamics in the Golgi apparatus in pathogenesis of diabetic muscle atrophy

高尔基体中锌动态在糖尿病肌肉萎缩发病机制中的作用

基本信息

批准号：
22K11892
负责人：
田村行識
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Kobe Gakuin University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

糖尿病病態では、筋蛋白質分解の亢進を主要な原因とする筋萎縮が引き起こされるが、その詳細な病態機序は不明である。これまでの私共の研究において、細胞内亜鉛動態を制御する亜鉛トランスポーターの発現変化が、筋細胞の蛋白質分解系を亢進させる可能性を見出してきた。本研究では、亜鉛トランスポーターの筋機能における役割と、糖尿病に伴う筋萎縮との関連性を明らかにすることを目的とし、本年度は、ゴルジ体に亜鉛を流入させる亜鉛トランスポーターZnT6に注目して、糖尿病マウスの筋萎縮の進行に伴うその発現変化と、筋細胞におけるZnT6の機能解析を行った。マウスにストレプトゾトシンを投与して糖尿病を誘発した2週間後（2w）と4週間後（4w）の脛骨周囲筋肉量の測定と腓腹筋組織の解析を行った結果、正常マウスに比較して2wから筋肉量の減少と筋線維の萎縮がみられ、4wにはさらなる筋肉量の減少が認められた。腓腹筋における筋蛋白質分解系の変化については、2wではオートファジーの亢進のみが、4wではオートファジーに加えてユビキチン・プロテアソーム系の亢進がみられた。また、腓腹筋組織における亜鉛トランスポーターの発現変化を網羅的に解析した結果、ZnT6の経時的な変発現低下がみられた。そこで、C2C12筋菅細胞においてZnT6ノックダウンの影響を検討した結果、ZnT6の発現抑制によってオートファジーの著明な亢進とともに筋菅径の有意な減少がみられ、さらに、筋蛋白質分解系を調節する転写因子FoxO1蛋白質のリン酸化の抑制がみられた。また、筋蛋白質の合成を抑制し、分解を亢進させるマイオカインであるMyostatinの蛋白質発現量の増加もみられた。これらのことから、ZnT6の発現低下によるゴルジ体の亜鉛動態の変化が、筋蛋白質の分解亢進とマイオカインの産生異常を引き起こすことが示唆された。

在糖尿病情况下，肌肉萎缩主要是由肌肉蛋白分解增加引起的，但详细的病理机制尚不清楚。在迄今为止的研究中，我们发现控制细胞内锌动态的锌转运蛋白表达的变化可能会增强肌肉细胞的蛋白水解系统。在这项研究中，我们旨在阐明锌转运蛋白在肌肉功能中的作用以及与糖尿病相关的肌肉萎缩之间的关系，今年我们重点研究了锌转运蛋白 ZnT6，它使锌流入高尔基体。糖尿病小鼠肌肉萎缩过程中 ZnT6 的表达变化以及 ZnT6 在肌肉细胞中的功能。我们测量了小鼠胫骨周围的肌肉质量，并在给小鼠施用链脲佐菌素诱发糖尿病两周（2w）和四周（4w）后对腓肠肌组织进行了分析，发现从2w开始，肌肉质量与正常小鼠相比有所减少。观察到肌肉质量下降和肌纤维萎缩，4w时观察到肌肉质量进一步下降。关于腓肠肌中肌肉蛋白水解系统的变化，2w时只有自噬增强，4w时除了自噬外，泛素-蛋白酶体系统也增强。此外，对腓肠肌组织中锌转运蛋白表达变化的综合分析结果发现，ZnT6表达变化随着时间的推移而减少。因此，通过检查 ZnT6 敲低对 C2C12 肌肉细胞的影响，我们发现抑制 ZnT6 表达可显着增强自噬并显着降低肌肉直径，并可抑制转录因子 FoxO1 蛋白的磷酸化。此外，还观察到肌肉生长抑制素（一种抑制肌肉蛋白质合成并加速肌肉蛋白质降解的肌因子）的蛋白质表达水平增加。这些结果表明，由于 ZnT6 表达减少，高尔基体中锌动力学的变化导致肌肉蛋白降解加速和肌因子产生异常。