【研究報告】（自然科学部門）

食環境による視床下部摂食調節ニューロンのエピジェネティクス調節の変調と肥満の発症

河野自治医科大学医学部生理学講座（現緒言大輔特命助教

群馬大学先端科学研究指導者育成ユニット助教）

チル化は成長と関係している。ヒトにおける過成長症候

肥満は近年、世界の多くの地域で急速に増加してお群の患者が DNA メチル化酵素、Dnmt3a 遺伝子に変異り、生活習慣病の増加の原因となっている。近年の肥満を持つことが最近、報告されている 5）。これらのことかの増加の原因はいまだ不明な点が多いが、遺伝子の変化ら、DNA メチル化が成長に関与していることが明らか

では説明がつかないほど急速に起きていることや、同時であり、成長と類似点の多い肥満とも関係している可能

期に食事の高脂肪食化や身体活動の低下などの環境の変性がある。

化も起きていることなどから、主に環境要因が原因にそこで我々は、DNA メチル化酵素の肥満発症におけなって起こっていると考えられている。

る役割を検討した。体重の調節には、食欲や熱産生を調生体の環境応答機構にエピジェネティクスがある。

節することで全身のエネルギーバランスを制御している

エピジェネティクスとは、DNA の塩基配列の変化を伴視床下部摂食代謝中枢が重要な働きをしている。そこでわない後天的な遺伝子の修飾機構のことであり、DNA視床下部摂食代謝中枢における DNA メチル化酵素と肥のメチル化やヒストンの修飾が代表的なものである。最満との関係について検討した。

近の研究により、DNA のメチル化が環境要因による肥満の発症に関与していることが明らかになってきた。環実験方法

境要因によって引き起こされる肥満のひとつとして、胎1.

高脂肪食負荷マウスの作成と DNA メチル化酵素の発現レベルの解析

児期の環境に由来する肥満が知られている。胎児期や出生後間もない時期に低栄養状態や偏った栄養状態にさら4 週齢の C57B6 マウスに普通食（4％脂肪食）またはされると、将来、肥満や生活習慣病になるリスクが高く高脂肪食（42％脂肪食）を与え、10 週齢で視床下部室なることが疫学研究や動物実験により明らかにされてい傍核、弓状核、腹内側核を採取した。定量 PCR 法を用る1–3）

いて Dnmt1、Dnmt3b、Dnmt3a の mRNA の発現レベル。胎児期や出生後間もない時期は DNA のメチルを調べた。

化修飾が作られる時期でもあるため、環境要因の影響を受けて作られた DNA のメチル化修飾が将来の遺伝子発2.

現パターンに影響を与え、肥満を発症するリスクを高め視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マウスの表現型の解析ているのではないかと推測されている。
DNA のメチル化が成長や肥満と関係していることをDnmt3a ﬂox マウス 6, 7）と、主に視床下部室傍核に Cre推測させるいくつかの報告がある。ミツバチは、働き蜂を発現する Sim1-Cre マウス 8）を掛け合わせ、視床下部も女王蜂も遺伝子構成は同じであるがロイヤルゼリーを室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マウス（Dnmt3alox/lox/Sim1-与えられた幼虫のみが女王蜂になり体も大きくなる。興Cre マウス）を作製した。Dnmt3alox/lox マウス（コント味深いことに、DNA メチル化酵素、Dnmt3 をノックダロール）と Dnmt3alox/lox/Sim1-Cre マウス（Sim1-Cre 特

ウンしたミツバチはローヤルゼリーを与えなくても女王

異的 Dnmt3a 欠損マウス）の体重、体長、脂肪量、摂食4）蜂になり、体も大きくなる 。したがって、Dnmt3 によ量、酸素消費量、呼吸商を測定した。さらに、ブドウ糖る DNA メチル化がミツバチの食事依存的な成長に関係負荷試験、インスリン負荷試験を行った。

していると考えられる。さらにヒトにおいても DNA メ1河結1.

野

大果輔

化酵素の発現の変化を調べるため、高脂肪食負荷による高脂肪食負荷による DNMT3a mRNA の発現レベ肥満マウスの視床下部神経核における DNA メチル化酵ルの変化素の発現レベルを調べた。視床下部室傍核において
Dnmt3a mRNA の有意な低下を認めた（Fig. 1）。一方

主要な環境因子である食事の影響による DNA メチルで、Dnmt1 および Dnmt3b mRNA の発現に有意な変化は見られなかった。また、視床下部弓状核および腹内側核においては、Dnmt1、Dnmt3a、Dnmt3b の mRNA 発現レベルに変化は見られなかった。
2.

視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マウスの表現型の解析（1）体重・体長・脂肪量結果 1 により、視床下部室傍核の Dnmt3a の発現低下
Fig. 1

Fig. 2が肥満の発症に関与している可能性が示唆されたため、Gene expression levels. QPCR analysis of Dnmt3amRNA expression levels in the PVH （ ＝4） ofregular chow-or HFD-fed mice（ ＝4）* ＜0.05.

視床下部室傍核の Dnmt3a に焦点を当てて研究を進め

Development of obesity in Sim1-Cre speciﬁc Dnmt3a deletion mice.（A）Dnmt3alox/lox mouse（left）and Dnmt3alox/lox/
Sim1-Cre mouse（right）at 22 weeks of age. Weekly body weight of male（ ＝4–13）（B）and female（ ＝9–16）mice（C）.
（D）Body lengths of 23-week-old male（ ＝6）and female（ ＝10）mice.（E）Left picture: Representative CT-scan image.
Left: Dnmt3alox/lox mouse, Right: Dnmt3alox/lox/Sim1-Cre mouse. Green: muscle, red: fat. The volumes of visceral andsubcutaneous fats of 23-week-old male mice （ ＝4）. （F） Epididymal fat （upper panel） and liver （lower panel） of
24-week-old Dnmt3alox/lox and Dnmt3alox/lox/Sim1-Cre male mice（H & E staining）. Scale bars: 100 μm. * ＜0.05, # ＜0.005, ## ＜0.001.
2食環境による視床下部摂食調節ニューロンのエピジェネティクス調節の変調と肥満の発症た。主に視床下部室傍核に Cre を発現するマウス、Sim1-表現型の検討から、視床下部室傍核における Dnmt3aCre マウスとDnmt3a ﬂox マウスを掛け合わせて、視床は、正常なエネルギー恒常性の維持に不可欠であり、欠下 部 室 傍 核 特 異 的 Dnmt3a 欠 損 マウス（Dnmt3alox/lox

損すると肥満や過食、血糖調節の異常が引き起こされる/ことが明らかになった。

Sim1-Cre マウス）を作製し、表現型を解析した。視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マウスはコントロールマ

肥満と関連した Dnmt3a の発現の変化に関しては、肥ウスと比較し、7 週齢以降で有意に体重の増加を呈した

満マウスの白色脂肪細胞において Dnmt3a の発現が増加（Fig. 2B、C）。さらに体長も有意に増加していた（Fig.

していることが報告されている 9）。一方、高脂肪食を与2D）。脂肪量が有意に増加しており、CT スキャンによえられた授乳中のラットの肝臓では Dnmt3a の発現が低り、皮下脂肪および内臓脂肪の容積がともに増加してい下していることが報告されており、この Dnmt3a の低下た（Fig. 2E）。HE 染色により、白色脂肪細胞のサイズはメチル基を多く含む食品を与えることにより解除されの増大と肝臓における脂肪の蓄積が認められた（Fig.

る 10）。これらことから、Dnmt3a の発現に肥満や食事が2F）。したがって、視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損関係していることが考えられる。Dnmt3a の発現制御機マウスにおける肥満は、脂肪量の増加によることが明ら

構はいまだに不明な点が多いが、今後、いかなる分子機かになった。

序で Dnmt3a の発現を変化するのか明らかにしたい。

（2）肥満発症の機序について

メチル化 DNA 結合タンパクのひとつである MeCP2

肥満の発症の機序を明らかにするために、摂食量おの Sim1-Cre 特異的欠損マウスも肥満を呈することが報

よび酸素消費量を 11 週齢のマウスを用いて測定した。

告されている 11）。このマウスの肥満の表現型は、肥満

視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マウスはコントロー

発症の週齢などが我々の Sim1 細胞特異的 Dnmt3a 欠損

ルマウスと比較して、一日あたりの摂食量が有意に増加マウスと類似している。DNMT3a および MeCP2 は共通していた。さらに暗期前半において、酸素消費量の有意する標的遺伝子に対する DNA メチル化の作成および読な低下と呼吸商の有意な増加を認めた。これらのことかみ出しを行っている可能性がある。今後、視床下部室傍ら、視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マウスにおける核の DNA メチル化調節異常を原因とする肥満発症の分肥満の発症は、過食およびエネルギー消費量の低下に子機構について、詳細を明らかにしていきたい。

よって起きていると考えられる。
要（3）血糖値の調節について

約

糖尿病の発症リスクは肥満により増加することが知肥満は世界の多くの地域で急速に増加している。最られている。そこで、肥満発症後の視床下部室傍核特異近の研究により、環境要因が肥満の増加に関与している的 Dnmt3a 欠損マウス（12 週齢）において、血糖値の調ことが示唆されている。そこで我々は、生体内環境応答節が正常に行われているか調べるために、ブドウ糖負荷機構であるエピジェネティクスに注目し、主要なエピ試験およびインスリン負荷試験を行った。ブドウ糖負荷ジェネティクスである DNA メチル化の視床下部摂食代試験において、ブドウ糖投与 60 分後および 120 分後の血謝中枢における役割を検討した。高脂肪食誘導性肥満マ糖値が有意に増加していた。また、インスリン負荷試験

ウスにおける DNA メチル化酵素の発現レベルを調べたにおいて、視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マウスにところ、Dnmt3a の発現が視床下部室傍核で有意に低下おいて、インスリン投与 30 分後から 120 分後に血糖値がしていた。そこで視床下部室傍核特異的 Dnmt3a 欠損マ有意に増加していた。したがって、視床下部室傍核特異ウスを作製し、表現型を解析した。体重、体長の増加、的 Dnmt3a 欠損マウスは耐糖能とインスリン感受性が低脂肪の蓄積、過食、エネルギー消費の低下、そして耐糖下していることが明らかになった。

能およびインスリン感受性の低下を認めた。これらのことから、視床下部室傍核における Dnmt3a は、エネル

考

察

ギー恒常性を正常に保つために不可欠な役割をしている

本研究により、DNAメチル化酵素の一つであるDnmt3a

こ と が 明 ら か と な っ た。 視 床 下 部 室 傍 核 に お け るが高脂肪食負荷による肥満マウスの視床下部室傍核におDnmt3a の発現低下が近年の肥満の発症や増加の分子機いて有意に発現低下をしていることが明らかになった。

序の一部である可能性がある。

さらに、視床下部室傍核特異的な Dnmt3a 欠損マウスの3河謝野大辞5） K. Tatton-Brown, et al.:, 46, 385–388, 2014.
6） M. Kaneda, et al.:, 429, 900–903, 2004.
7） J. E. Dodge, et al.:
, 280, 17986–17991,2005.
8） N. Balthasar, et al.:, 123, 493–505, 2005.
9） Y. Kamei, et al.:（）, 18, 314–321,2010.
10） P. Cordero, et al.:, 14, 24422–24437,2013.
11） S. L. Fyﬀe, et al.:
, 59, 947–958, 2008.

本研究の遂行にあたりご支援賜りました公益財団法人三島海雲記念財団に深く感謝申し上げます。
文輔

献1） G. P. Ravelli, et al.:
, 295, 349–353, 1976.
2） D. J. Barker, C. Osmond:, 1, 1077–1081, 1986.
3） S. Yura, et al.:
, 1, 371–378, 2005.
4） R. Kucharski, et al.:, 319, 1827–1830, 2008.

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