研究フロンティア（平成 年度学術奨励賞受賞論文）

核内受容体― によるステロイドホルモン産生の統括的制御馬場崇 ），大竹 博之 ），井上 実紀 ），佐藤 哲也 ），石原 康宏 ），宮林香奈子 ）嶋雄一 ），山崎岳 ），須山 幹太 ），Choi Man-Ho ），大川 恭行 ），諸橋憲一郎 ））九州大学大学院医学研究院分子生命科学系部門性差生物学講座）九州大学生体防御医学研究所情報生物学分野）広島大学大学院総合科学研究科分子脳科学研究室）Korea Institute of Science and Technology）九州大学生体防御医学研究所トランスクリプトミクス分野

および生殖腺の発生に必要不可欠であることが示された

はじめに［ ― ］．一方，過剰発現マウスにおいては副腎の肥大
コレステロールは生体膜の構成要素であり，膜の正常化および腫瘍化が引き起こされることから，Ad4BP/SFな機能発現に必須である．生体膜の機能異常はさまざま―1は細胞増殖制御に重要な役割を果たすことがわかっな障害を引き起こすことから，細胞内のコレステロールたが，その分子メカニズムに関しては不明であった［

量は厳密に制御されている．これまでに転写因子 SREBP― ］．そこでわれわれは，トランスクリプトームおよび― がコレステロールの恒常性維持のキーファクターであChIP-sequence による標的遺伝子の網羅的な同定を通ることが示されている．生体膜の構成要素であることにじ，Ad4BP/SF ―1による細胞増殖制御メカニズムの解明

加え，コレステロールはステロイドホルモン（性ホルモを行った．その結果，Ad4BP/SF ―1はグルコース代謝（解ン，および副腎皮質ホルモン）の合成に利用される．コ糖系およびペントースリン酸経路）を制御することによ

レステロールはすべての細胞で合成されるのに対し，スり，細胞内エネルギーである ATP，および電子供与体

テロイドホルモンは生殖腺や副腎皮質に存在するステロである NADPH の供給に重要な役割を果たしているこイド産生細胞のみで合成される．このことは，ステロイとがわかった［ ］．Ad4BP/SF ―1はこれら補酵素の供ド産生細胞特異的なコレステロール供給システムの存在給を通じて，細胞増殖に寄与していると考えられた．

を予想させた．そして実際に，ステロイド産生のキーファステロイド産生細胞の代謝制御を Ad4BP/SF ―1を中クターである Ad4BP/SF ―1（下記）が，ステロイドホ心に考えるうえでさらに興味深い点は，グルコース代謝ルモン産生刺激に応答して HDL 受容体遺伝子の転写をの最終産物であるピルビン酸はアセチル CoA に変換さ活性化することにより，細胞内へのコレステロールの取れた後，数段階の代謝過程を経ることで，コレステローり込みを促進することが示された［ルに変換されるという点である（図］．しかし，ステ）．前述のとおり，ロイド産生細胞におけるコレステロール合成制御とステAd4BP/SF ―1はコレステロールからステロイドホルモンロイド産生制御の関連に関しての詳細はこれまでに不明までの代謝，およびグルコースからピルビン酸までの代であった．

謝を制御する．もし，Ad4BP がアセチル CoA からコレAd4BP/SF ―1（NR A ）は，副腎皮質や生殖腺のステステロールまでの代謝の制御も行うとすると，グルコーロイド産生細胞に特異的な発現を示す核内受容体型転写

スからステロイドホルモンまでの代謝系全体を制御する．従来の研究から，本因子はコレステ因子である［ ― ］ということになる（図ロールからステロイドホルモンまでの代謝に関与するす細胞特異的な代謝制御系の存在の可能性を検証すべく本べての酵素遺伝子の発現を制御することが示されている研究を行った．

）．このようなステロイド産生．加えて，ノックアウトマウスの解析から，副腎［ ― ］― のノックダウンにより，すべてのコ
連絡先：馬場 崇，九州大学大学院医学研究院分子生命科学系部門性差生物学講座〒 ―福岡県福岡市東区馬出 丁目 ―TEL： ― ―FAX： ― ―E-mail：takbaba@cell.med.kyushu-u.ac.jp

レステロール合成遺伝子群の発現が低下する
マウス副腎皮質由来の細胞株 Y― に siRNA を導入し，Ad4BP/SF ―1のノックダウン（Ad4BP KD）を行った．

日本生殖内分泌学会雑誌（2017）22 : 33-38

33

馬場崇他

図

グルコースからステロイドホルモンまでの代謝の概略― はコレステロールからステロイドホルモンまでの代謝， およびグルコースからピルビン酸までの代謝を制御する．
コレステロール合成の出発物質となるアセチル CoA の一部は，グルコース代謝の最終産物であるピルビン酸の代謝により供給される．

表

KD によるコレステロール合成系遺伝子群の発現低下
トランスクリプトーム解析の結果の概要を示す．
KD お
よびコントロールの Y― 細胞におけるトランスクリプトーム解析の結果を比較した．コレステロール合成系を構築する遺伝子群の発現が，KD により低下していることがわかる．

Control

チル CoA からコレステロールまでの代謝系を構築する

Ad4BP KD

Ratio

した（表，図）．また，ChIP-sequence により Ad4BP

Acat2．

．

．

Hmgcs1．

．

．

Hmgcr．

．

．

たところ，およそ半数のコレステロール合成遺伝子座にMvk．

．

．

結合が認められた（図Pmvk．

．

．

Mvd．

．

．

Fdps．

．

．

受け，少なくともその半数は直接制御されるということ

Idi1．

．

．

がわかった．

Fdft1．

．

．

Sqle．

．

．

Lss．

．

．

Cyp51．

．

．

Tm7sf2．

．

．

Msmo1．

．

．

/SF ―1のコレステロール合成遺伝子群への結合を解析し）．以上の結果から，コレステ

ロール合成遺伝子群は Ad4BP/SF ―1による転写制御を― は細胞のコレステロール合成を制御する
次に，Ad4BP/SF ―1が遺伝子発現制御を介してコレス

Nsdhl．

．

．

テロール合成の制御を行うかについて検証した．細胞に

Hsd17b7．

．

．

取り込まれた酢酸はアセチル CoA に変換される．そこ

Ebp．

．

．

Sc5d．

．

．

で， C 標識酢酸を細胞に取り込ませ，その代謝によっDhcr7．

．

．て合成された C コレステロールの定量を行うことによDhcr24．

．

．

りその合成能を評価した．その結果，Ad4BP KD によ/34

解析を行った．その結果，非常に興味深いことに，アセ遺伝子群の発現が，Ad4BP KD により顕著な低下を示

Y―gene name

そして，mRNA-sequence によるトランスクリプトーム

日本生殖内分泌学会雑誌

Vol.22 2017．

り，コレステロール合成能が低下することがわかった（図核内受容体

図― によるステロイドホルモン産生の統括的制御

アセチル CoA からコレステロールまでの代謝経路
コレステロールは 段階の代謝反応を経てアセチル CoA から合成される．

）．また，コレステロール合成の中間代謝産物（Lanosterol, Lathosterol, Desmosterol,―DHC）の定量を行っれることが知られている．小胞体からミトコンドリア外膜への輸送の仕組みに関しては長らく不明であったが，たところ，Ad4BP KD により顕著に低下することがわ

近年ミトコンドリア外膜タンパクである HUMMR がこかった．以上により，Ad4BP/SF ―1は遺伝子発現制御をの輸送を制御するとの報告がなされた［ ］．そこで介してコレステロール合成をまさに制御することがわ

HUMMR も Ad4BP/SF ―1の標的遺伝子である可能性にかった．

つ い て 検 討 し た．そ の 結 果，HUMMR を コ ー ド す る
Mgarp 遺伝子が Ad4BP/SF ―1の標的遺伝子であること― はコレステロールのミトコンドリアへの輸送を制御する（図），そして Ad4BP KD によりミトコンドリアのコレステロール量が顕著に減少することがわかった．以上により，Ad4BP/SF ―1がアセチル CoA からコレステロー

アセチル CoA からコレステロールへの代謝は主に小ルへの代謝制御に加え，小胞体からミトコンドリア内膜胞体で行われる．一方，コレステロールからステロイドへのコレステロール輸送を制御することがわかった．

ホルモンへの代謝はミトコンドリア内膜で開始するため，コレステロールは小胞体からミトコンドリアへと輸まとめ送される必要がある．これまでに，ミトコンドリア外膜から内膜への輸送は StAR タンパク質が行っているこ

従来の研究，および近年のわれわれの成果により，Adと，そして Star 遺伝子は Ad4BP/SF ―1によって制御さ4BP/SF―1はグルコースからステロイドホルモンに至る代研究フロンティア

35馬場図崇他― のコレステロール合成系遺伝子座への結合
ChIP-sequence により― の結合領域をゲノムワイドに同定した．コレステロール合成系遺伝子座へのた．ここでは代表的な例として，および遺伝子座への― の結合を示す．

図― の結合が示され― によるコレステロール合成の制御
C 標識酢酸を細胞に取り込ませ，その代謝によって合成された C コレステロールの定量を行うことによりコレステロール合成能を評価した．その結果，KD により，コレステロール合成能が低下することがわかった．

謝経路の全体を制御することが明らかとなった（図）．

素はグルコース代謝によって産生される（図）．よっつの転写因子が複数の代謝経路（解糖系，て，Ad4BP/SF ―1はグルコースからステロイドホルモンコレステロール合成系，ステロイドホルモン産生系）をまでの代謝経路全体を統括的に制御することで，ATP一斉に制御する意義は何であろうか？アセチル CoA をおよび NADPH の供給と消費のバランスを調整し，効材料としたコレステロール合成，コレステロールを材料率的なステロイドホルモン産生を可能にしていると考えとしたステロイドホルモン合成には，それぞれ補酵素とられる．このような視点で考えると，ステロイドホルモして ATP および NADPH が必要である．これらの補酵ン産生経路の開始点はコレステロールではなくグルコー

このように，

36

日本生殖内分泌学会雑誌

Vol.22 2017

核内受容体図― によるコレステロール輸送の制御
A：ChIP-sequence により，
― の HUMMR をコードする座への結合が示された．
B：
C：

図

― によるステロイドホルモン産生の統括的制御― のKD により遺伝子遺伝子座への結合を ChIP-qPCR で確認した．
遺伝子の発現は顕著な低下を示した．

― によるステロイドホルモン産生の統括的な制御― はグルコースからステロイドホルモンへと至る代謝経路の全体を統括的に制御する．

スであるととらえることも可能であり，そもそも解糖系，なる物質が運ばれてこない限り代謝は起こらないので，コレステロール合成系，およびステロイドホルモン産生代謝と輸送が同時に制御されるというのは理にかなって系と代謝経路を区別して考えること自体が不必要なのかいる．以上のように，ステロイド産生細胞の最も重要なもしれない（図機能であるステロイドホルモンの産生に向けて，関連す）．

また今回われわれは，Ad4BP/SF ―1が代謝の制御に加るすべてのプロセスがつの転写因子 Ad4BP/SF ―1にえ，コレステロールの輸送制御も行うことを明らかにしより統括的に制御されているということが明らかとなった．いくら代謝経路を活性化したとしても，その材料とた．今後はこのような制御の意義を個体レベルで明らか研究フロンティア37馬場崇

他にしていくつもりである．また，Ad4BP/SF ―1と同じDNA 配列に結合する核内受容体型転写因子が複数存在し，そのいくつかに関しては代謝制御を行うことが報告されている［ ， ］．これらの核内受容体が，それぞれの発現組織（細胞）でどのような代謝経路を制御しているのかという点も興味深い．

引用文献．Cao G, Zhao L, Stangl H, et al（）Developmental andhormonal regulation of murine scavenger receptor, classB, type . Mol Endocrinol ,.
．Hammer GD, Parker KL, Schimmer BP（）Minireview :transcriptional regulation of adrenocortical development. Endocrinology,.
．Hatano O, Takayama K, Imai T, et al（）Sex-dependent
expression of a transcription factor, Ad BP, regulating steroidogenic P―
genes in the gonads during prenatal andpostnatal rat development. Development,.
．Hoivik EA, Lewis AE, Aumo L, et al（）Molecular aspects of steroidogenic factor （SF― ）. Mol Cell Endocrinol,,- .
．Morohashi K, Honda S, Inomata Y, et al（）A commontrans-acting factor, Ad ―binding protein, to the promotersof steroidogenic P― s. J Biol Chem,.
．Val P, Lefrançois-Martinez AM, Veyssière G, et al（）
SF― a key player in the development and differentiationof steroidogenic tissues. Nucl Recept , .
．Clemens JW, Lala DS, Parker KL, et al（）
Steroidogenicfactor― binding and transcriptional activity of the cholesterol side-chain cleavage promoter in rat granulosa cells.
Endocrinology,.
．Morohashi K, Zanger UM, Honda S, et al（）Activationof CYP A and CYP B gene promoters by the steroidogenic cell-specific transcription factor, Ad BP. Mol Endocrinol ,.
．Sugawara T, Holt JA, Kiriakidou M et al（）Steroidogenic factor ―dependent promoter activity of the humansteroidogenic acute regulatory protein（StAR）
gene. Biochemistry ,.
．Luo X, Ikeda Y, Parker KL（）A cell-specific nuclear
receptor is essential for adrenal and gonadal development38

日本生殖内分泌学会雑誌

Vol.22 2017

and sexual differentiation. Cell,- .
．Morohashi KI, Omura T（）Ad BP/SF― , a transcription factor essential for the transcription of steroidogenic cytochrome Pgenes and for the establishment of the reproductive function. FASEB J,.
．Sadovsky Y, Crawford PA, Woodson KG, et al（）Mice
deficient in the orphan receptor steroidogenic factorlackadrenal glands and gonads but express P
side-chaincleavage enzyme in the placenta and have normal embryonic serum levels of corticosteroids. Proc Natl Acad Sci U
S A ,.
．Shinoda K, Lei H, Yoshii H, et al（）Developmental
defects of the ventromedial hypothalamic nucleus and pituitary gonadotroph in the Ftz-F disrupted mice. Dev Dyn,- .
．Almeida MQ, Soares IC, Ribeiro TC, et al（）Steroidogenic factor
overexpression and gene amplification are
more frequent in adrenocortical tumors from children thanfrom adults. J Clin Endocrinol Metab ,.
．Doghman M, Karpova T, Rodrigues GA, et al（）Increased steroidogenic factor― dosage triggers adrenocortical cell proliferation and cancer. Mol Endocrinol,.
．Sbiera S, Schmull S, Assie G, et al（）High diagnostic
and prognostic value of steroidogenic factor― expressionin adrenal tumors. J Clin Endocrinol Metab , E - .
．Zubair M, Oka S, Parker KL, et al（）Transgenic expression of Ad BP/SF― in fetal adrenal progenitor cells
leads to ectopic adrenal formation. Mol Endocrinol ,.
．Baba T, Otake H, Sato T, et al（）Glycolytic genes aretargets of the nuclear receptor Ad BP/SF― . Nat Commun,.
．Jinn S, Brandis KA, Ren A, et al（）snoRNA U regulates cellular cholesterol trafficking. Cell Metab,.
．Charest-Marcotte A, Dufour CR, Wilson BJ, et al（）The homeobox protein Prox is a negative modulator ofERR {alpha}/PGC― {alpha} bioenergetic functions. GenesDev ,- .
．Chaveroux C, Eichner LJ, Dufour CR, et al（）Molecular and genetic crosstalks between mTOR and ERRalpha
are key determinants of rapamycin-induced nonalcoholic
fatty liver. Cell Metab ,- .