課題番号：２８指１２０３

研究課題名：生活習慣病創薬のための分子標的同定に資する新規代謝制御エピジェネティクスの解明

主任研究者名 ：松本道宏

分担研究者名 ：該当なし
キーワード：創薬標的、糖尿病、メタボリックシンドローム、エピジェネティクス、長鎖非コードRNA
研究成果：2 型糖尿病や肥満症などの生活習慣病で認められる代謝障害の多くが、その制御遺伝子の転写調節障害に起因する。報告者らは、これまでに行った 2 型糖尿病の“転写病”としての側面に注目した研究から、糖尿病の高血糖の原因となる肝臓におけるエピジェネティクス制御系の異常が、ヒストンアセチル化酵素 GCN5、転写調節分子 CITED2、A キナーゼを含む代謝調節モジュールを介して起こること、本モジュールの機能抑制により高血糖が治療できることを見いだした。本研究では、肝臓においてこのモジュールにより制御される代謝調節性長鎖非コード RNA（lncRNA）を同定し機能を解明する。加えて、先行研究より同定した本モジュールにより発現制御を受ける酵素 X、タンパク Y の代謝調節における役割を解明する。これらの解析から本モジュールを介した代謝調節機構と病態への関与の全容を解明し、糖尿病創薬のための分子標的の同定をめざす。平成 29 年度の本研究の成果を、サブテーマごとに以下に報告する。
①酵素 X の代謝調節における役割の解明
ヘキソース F の除去下で飼育した全身性 X 欠損マウスは自由摂食時の体重、血糖値に差を認めない
ものの血中インスリンレベルは低下しており、インスリン感受性テスト、ブドウ糖負荷試験の結果、インスリン感受性・耐糖能がともに改善していた。これらは肝糖新生の著明な低下によるものであり、
酵素 X が F の代謝とともに解糖・糖新生の双方向の触媒機能を有していることに合致する。
酵素 X の活性を欠損するヒトでは、F 摂取後に低血糖を来すことが知られている。X 欠損マウスは絶食時・摂食時いずれにおいても、F 負荷により生命の維持に支障をきたす重篤な低血糖をきたした。F負荷時の肝臓の糖取り込みを 2-deoxyglucose をトレーサーとして測定したところ、優位な取り込み低下が認められ、F により強力な糖新生の抑制が起こることが明らかとなった。メタボローム解析などによる本抑制の分子機構の解明に着手した。
②エピゲノム修飾酵素ドメイン含有タンパク Y の代謝調節における役割の解明
short hairpin(sh) RNA を用いたタンパク Y の肝臓特異的な欠損マウスの代謝表現型解析を実施した。本欠損マウスは血糖値の低下を呈し、その原因として糖新生系酵素遺伝子の発現抑制による糖新生の低下が明らかになった。この発現抑制の分子機構を培養肝細胞において検討したところ、Y が糖新生系酵素遺伝子転写に必須のコアクチベーターPGC-1αを活性化すること、癌抑制遺伝子 p53 とその標的遺伝子である p21 の発現を抑制することを見いだした。PGC-1α、p53 は、長寿遺伝子として知られる Sirtuin 1 の脱アセチル化基質であることから、Y が Sirt1 の活性調節因子である可能性の検証に着手した。
③肝臓における代謝調節性 lncRNA の同定と機能解析
昨年度に得た代謝調節性 lncRNA 候補のうち、主にグルカゴン誘導性の lncRNA (G-lnc)の機能解析を行った。ゲノム編集技術を用いて作製した欠損マウスは対照と比べて、体重、血糖値、血中インスリン値等の代謝パラメーター、インスリン感受性・ピルビン酸を原料とする糖新生能に差を認めなかった。一方ブドウ糖負荷試験では負荷後 15 分の血糖値が高値を示し、インスリンの初期分泌の低下が示唆された。また、マウス培養肝細胞における機能欠損／獲得実験に着手した。G-lnc の欠損により複数の cAMP 依存的な絶食応答遺伝子の発現抑制を認め、肝細胞において本 RNA が絶食時の代謝制御因子であることが示唆された。本 RNA による遺伝子発現制御の分子機構の解析に着手した。

Subject No.

：28S1203

Title：Elucidation of the interplay between metabolism and epigenetics to identify drug

targets for treatment of lifestyle-related diseases
Researchers：Michihiro Matsumoto

Key word：drug target, diabetes mellitus, metabolic syndrome, epigenetics, lncRNA

Abstract：Impaired metabolic gene transcription frequently causes metabolic derangementin obesity-related diseases such as type 2 diabetes. We have previously shown that theGCN5-CITED2-PKA signaling module (GCA module), assembled in the fasted/diabetic liver,integrates transcriptional coactivator activation and epigenetic changes on gluconeogenic genepromoters, and therefore activates the gluconeogenic program and causes hyperglycemia indiabetes. We recently identified two enzymes (X and Y) whose expressions are transcriptionallyinduced through the GCA module. In this study, we seek to elucidate the physiological andpathophysiological roles of the enzymes in the regulation of energy metabolism in vitro and in vivo.
Additionally, we explore long non-coding RNAs (lncRNAs) that transcriptionally regulate hepatic
metabolism through GCA module-mediated gene transcription. We reveal that epigenetic
regulation of energy metabolism is mediated by the GCA module, and finally identify novel drug
targets for treating lifestyle-related diseases. The progress of this research in 2017 is as follows:
1. Elucidation of the role of enzyme X in the regulation of hepatic metabolism
Mice lacking X systemically exhibited improved insulin sensitivity and glucose tolerance due tosuppression of gluconeogenesis. This is not associated with reduced expression of gluconeogenicgenes, but with the impairment of X-mediated gluconeognic flux. The knockouts also exhibitedsevere hypoglycemia after the ingestion of some sort of hexose. This was associated with acutely
blunted hepatic gluconeogenesis, not enhanced hepatic glucose uptake. The molecular mechanismof hexose-dependent impairment of gluconeogenesis is under investigation using metabolomics
approaches.
2. Elucidation of the role of epigenome-modifying enzyme Y in the regulation of liver metabolism
Short hairpin RNA-mediated depletion of hepatic Y in mice inhibited gluconeogenic gene
expression and gluconeogenesis, leading to decreased blood glucose levels. Mechanistic analysis in
primary cultured hepatocytes revealed that Y activates gluconeogenic transcriptional coactivator
PGC-1α and suppressed cancer suppressor gene product p53. Giving that they are known to beregulated by acetylation, we currently test whether Y affects acetylation of these transcriptionalregulators.
3. Identification and characterization of lncRNAs that regulate hepatic metabolism
From among 12 candidate lncRNAs, we selected one (hereafter G-lnc) whose expression is induced
by glucagon–cAMP–PKA pathway through the GCA module in fasted/diabetic liver. Mice lacking
G-lnc systemically were generated and analyzed in this year. Compared to control mice, theknockouts showed higher blood glucose levels 15 min after glucose administration, suggesting
impaired first-phase insulin secretion. In G-lnc deleted hepatocytes, cAMP-dependent induction offasting metabolic response genes was attenuated. G-lnc may be a regulator of insulin secretion andhepatic fasting metabolic response.
Researchers には、分担研究者を記載する。

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課題番号：２８指１２０３
研究課題名：生活習慣病創薬のための分子標的同定に資する新規代謝制御エピジェネティクスの解明
主任研究者名：松本道宏

論文発表
論文タイトル

著者

Watanabe
H,Inaba Y,
Sirt2 facilitates hepatic glucose uptake Kimura K,
by deacetylating glucokinase regulatory Matsumoto M,
protein.
Kaneko S,
Kasuga M,
Inoue H.

掲載誌

年

9(1):30

2018年

Circadian clock regulates hepaticpolyploidy by modulating Mkp1-Erk1/2
signaling pathway.

Chao HW, Doi
M, Fustin JM,
Chen H, Murase
K, Maeda Y,
Hayashi H,
Tanaka R,
Sugawa M,
Mizukuchi N,
Nat Commun
Yamaguchi Y,
Yasunaga JI,
Matsuoka M,
Sakai M,
Matsumoto M,
Hamada S,
Okamura H.

8(1):2238

2017年

CD206+ M2-like macrophages regulate
systemic glucose metabolism byinhibiting proliferation of adipocyte
progenitors.

Nawaz A,Aminuddin A,
Kado T,
Takikawa A,
Yamamoto S,
Tsuneyama K,
Igarashi Y,
Ikutani M,
Nishida Y,
Nagai Y,
Takatsu K,
Imura J,
Sasahara M,
Nat Commun
Okazaki Y,
Ueki K,
Okamura T,
Tokuyama K,
Ando A,
Matsumoto M,
Mori H,
Nakagawa T,
Kobayashi N,
Saeki K, UsuiI, Fujisaka S,
Tobe K.

8(1):286

2017年

p.10-19

2017年

GCN5-CITED2-PKAモジュールを介した血糖調 松本道宏
節機構
酒井真志人

Nat Commun

掲載号

糖尿病学2017

研究発表及び特許取得報告について

絶食時の糖新生とヒストンアセチル化制御

松本道宏
酒井真志人

肝胆膵

75(1): 17-23

2017年

ヒストンアセチル化と糖代謝制御

酒井真志人
松本道宏

The Lipid

28(3): 14-21

2017年

場所

年月

学会発表
タイトル
脂肪組織量制御における転写コレギュレー
ターCITED2の役割の解明

発表者
松本道宏

学会名
生命科学系学会合同年次大会
神戸(ConBio2017)

新規転写調節モジュールを介した肝糖新生制 松本道宏，酒井 第4回肝臓と糖尿御機構
真志人，満島勝 病・代謝研究会名古屋

2017年12月

2017年5月

絶食応答性キナーゼDYRK1Bによる肝代謝調節 満島勝，松本道 生理学研究所研究岡崎機構
宏会

2017年9月

第8回糖尿病トランスレーショナルリ 弘前
サーチ研究会2017年9月

肝臓における血糖調節の分子機構の解明〜糖松本道宏
尿病創薬標的の同定をめざして〜

長沼孝雄，高橋経太，酒井真志
第32回日本糖尿絶食応答性長鎖ノンコーディングRNAの代謝 人，満島勝，矢病・肥満動物学会 名古屋
調節における役割の解明
野宏行，松川隼年次学術集会也，春日雅人，松本道宏

2018年2月

Dyrk1Bによる肝糖新生制御機構の解析

満島勝，酒井真志人，飯田智，
長沼孝雄，矢野 第32回日本糖尿病・肥満動物学会 名古屋
宏行，松川隼也，高橋経太， 年次学術集会
春日雅人，松本道宏

2018年2月

DYRK1Bによる肝糖新生制御機構の解明

満島勝、酒井真志人、松本雅記、飯田智、長 生命科学系学会合
神戸沼孝雄、矢野宏 同年次大会
行、松川隼也、 (ConBio2017)高橋経太、春日雅人、松本道宏

2017年12月

メタボリックシンドローム関連キナーDyrk1B
松本道宏
による肝糖新生制御機構の解明

絶食応答性プロリン水酸化酵素による糖代謝・炎症制御機構

第38回日本肥満学
大阪会

矢野宏行，長沼孝雄，酒井真志人，飯田智，満
第60回日本糖尿病
島勝，高峰英，名古屋
学会年次学術集会
八木孝，南史朗，春日雅人，松本道宏

2017年10月

2017年5月

研究発表及び特許取得報告について

Dyrk1B による肝糖新生制御機構の解明

満島勝，酒井真志人，八木孝，
矢野宏行，長沼 第60回日本糖尿病
名古屋孝雄，飯田智， 学会年次学術集会
春日雅人，松本道宏

2017年5月

DYRK1Bによる肝糖新生制御機構の解析

満島勝，酒井真志人，松本雅記，八木孝，飯
第54回日本臨床分
田智，長沼孝東京
子医学会学術集会雄，矢野宏行，高峰英，春日雅人，松本道宏

2017年4月

Mitsushima M,
Sakai M,
Matsumoto Ma,
DYRK1B promotes hepatic gluconeogenesis Yagi T, Yanoby modulating PGC-1α and the histone
H, Naganuma T,
acetyltransferase GCN5.
Iida S, Gao F,
Inoue H,
Kasuga M,
Matsumoto M

International
Symposium on
Insulin Receptor
Nice, Franceand
Insulin Action(IR2017)2017年4月

その他発表(雑誌、テレビ、ラジオ等)
タイトル

発表者

発表先

場所

年月日

該当なし

特許取得状況について※出願申請中のものは(発明名称)記載のこと。
登録番号

該当なし

※該当がない項目の欄には「該当なし」と記載のこと。
※主任研究者が班全員分の内容を記載のこと。

特許権者(申請者）
登録日(申請日) 出願国（共願は全記載）