基礎老化研究 47（1）; 39－40, 2023

【奨励賞受賞者研究トピックス】

脂肪組織のミトコンドリアストレスが個体に及ぼす影響
野崎 優香、小林 正樹、樋上 賀一
東京理科大学薬学部生命創薬科学科 分子病理・代謝学研究室

キーワード：白色脂肪組織、ミトコンドリアストレス、MIPEP、GDF15

１．はじめにレス応答性の遺伝子として、シャペロン、プロテアーゼ、白色脂肪組織（White adipose tissue; WAT）は、主ミトカイン（ミトコンドリアストレス誘発性サイトカイに皮下や内臓に分布し、体内に摂取した栄養分を中性脂ン）などの発現が誘導されることが知られている［3］。つ肪として貯蔵する「エネルギー貯蔵の場」として知られ

まり UPRmt は、ミトコンドリアの機能を回復し、最適ている。一方、WAT がホルモン、サイトカイン、増殖な細胞環境を維持するための監視機構であると言える。

因子といった多数の内分泌タンパク質を放出する内分泌

尚、これらの発現に関わる転写因子として、現在までに臓器であることも 1990 年代後半から明確に認識される

ATF4、ATF5、CHOP が関与することが示唆されていようになってきた。WAT の主要な構成細胞である白色るが、未だミトコンドリアストレスが核ゲノムの転写活

脂肪細胞は、細胞質のほとんどが単胞性の大きな脂肪滴性を上げるメカニズムには不明な点が多い。

で占められており、存在するミトコンドリア量が少ない。

99% 以 上 の ミ ト コ ン ド リ ア 局 在 タ ン パ ク 質 は 核

そのため、WAT におけるミトコンドリアの役割に関し

DNA に コ ー ド さ れ て お り、 細 胞 質 で の 翻 訳 後、 ミては、これまであまり議論されてこなかった。しかし近ト コ ン ド リ ア へ と 輸 送 さ れ、mitochondrial signal

年、WAT におけるミトコンドリアストレスは、脂肪細peptidase（MtSPase）による切断を受けて活性化され胞の分化・脂質代謝、インスリン感受性などに関与し、る。我々が着目する MIPEP は、MtSPase の１つであ２型糖尿病やインスリン抵抗性の原因となる可能性が報る mitochondrial processing peptidase（MPP）
により１告されるようになってきた［1］。それゆえ、ミトコンドリ

度切断されたミトコンドリアタンパク質を基質とし、２アの恒常性維持が、WAT そのものの性質に及ぼす影響段階目の切断を担うペプチダーゼである［4］。電子伝達は大きいと考えられる。 本稿では、特にミトコンドリ系構成タンパク質の１つである cytochrome c oxidase

ア内のタンパク質恒常性維持を担うペプチダーゼである

subunit 4（COXIV） や、TCA サ イ ク ル を 担 う 酵 素MIPEP（Mitochondrial intermediated peptidase）に 着の １ つ で あ る malate dehydrogenase 2（MDH2） は、目し、WAT のミトコンドリアストレスへの応答反応と、MIPEP の基質として既知であることから［5］、MIPEP のその応答が及ぼす全身への影響について解析を行った結欠損はミトコンドリアのプロテオスタシス障害を起こす果を報告する。

ことが考えられた。

２．ミトコンドリアストレスと MIPEP

リア恒常性維持に重要な因子である Sirtuin-3（SIRT3）

我々は過去に、白色脂肪組織において、ミトコンド
ミトコンドリア内でミスフォールドしたペプチドがのプロセシングに MIPEP が重要であることを報告して蓄積することは、重大なミトコンドリア障害である。

いる［6］。そこで、Mipep flox/flox マウスと Adiponectin-Cre

Mitochondrial unfolded protein response（UPRmt）は、マウスを交配させることで、脂肪組織特異的にミトコ不要ミトコンドリアタンパク質の成熟異常・蓄積を含ンドリアストレスが誘導される MIPEP 欠損（Adipose-む、様々なミトコンドリア機能異常により惹起される代マウスを作製し、specific Mipep Knockout; A-Mipep KO ）表的なミトコンドリアストレス応答である［2］。ミトコン

脂肪組織におけるミトコンドリアストレスに対するストドリアストレスを契機に、細胞内では核 DNA からストレス応答の分子機構と、全身への影響を解析した。

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３． ミトコンドリア UPR が白色脂肪細胞の分化に及ぼす影響
A-Mipep KO マウスは、野生型（WT）マウスと比べ、摂餌量に変化がないにも関わらず離乳後の体重およびWAT の重量が低下した。また、A-Mipep KO マウスの白色脂肪組織では、lipoblast 様の未分化な脂肪細胞が多－ 39 －

く観察された。これらの結果は、MIPEP 欠損により脂UPRmt では寿命短縮など老化促進に寄与する、という肪細胞の分化不全が起きていることを示唆した。そこで、拮抗的表現型を示すことが明らかになった。

成熟脂肪細胞マーカー（Adiponectin , Leptin ）および脂肪分化に関わる分子（Pparγ , cEBPα , cEBPβ , cEBPδ ）の mRNA を測定した結果、A-Mipep KO マウスのWAT ではこれらの発現が低下していた。
前述の通り、MIPEP はミトコンドリアタンパク質のプロセシングを担うタンパク質であることから、この分化不全の原因ミトコンドリアストレスであると考え、MIPEP の基質として既知である SIRT3, COXIV, MDH2の発現を Western blot で測定した。その結果、MIPEP欠損によって SIRT3，COXIV の発現は低下していた一方で、MDH2 は増加するなど、ミトコンドリアタンパク質の恒常性の異常が示唆された。これらの結果から、
A-Mipep KO マウスの WAT では、ミトコンドリアタンパク質のプロセシング異常により、脂肪細胞の分化不全が生じている可能性が示唆された。

６．おわりに脂肪組織特異的な MIPEP 欠損は、個体に対して正負の影響を及ぼす GDF15 の血漿レベルを増加させ、若齢・高齢において拮抗的表現型をもたらすことが示唆された。今後、MIPEP 欠損による脂肪細胞内の UPRmt 惹起機構、A-Mipep KO により放出される GDF15 を含むミトカインプロファイルの全容及びその発現制御機構などを解析する必要があるが、本研究成果は、急性炎症反応や老化・寿命制御機構の理解に繋がるものと期待できる。
引用文献
1.

Kusminski CM , S cherer PE . M itochondria ldysfunction in white adipose tissue. Trends
Endocrinol Metab. 2012;23(9):435-43.

４． MIPEP 欠 損 に よ る 非 典 型 的 な ミ ト コ ン ド リ ア

2.

UPR の惹起

Shpilka T, Haynes CM . The mitochondr ia l
UPR: mechanisms, physiological functions andミトコンドリアストレスの１つである UPRmt は、

implications in ageing. Nat Rev Mol Cell Biol.

核 DNA からシャペロン、ミトコンドリアプロテアー
ゼ、ミトカインの転写が増強されることが知られてい2018;19(2):109-20.
3.

Zhao Q, Wang J, Levichkin IV, Stasinopoulos

る［3］。そこで、A-Mipep KO マウスの WAT でこれらのS, Ryan MT, Hoogenraad NJ. A mitochondrial

UPRmt 応答性因子のｍ RNA を測定した結果、シャペ

specific stress response in mammalian cells. Embo

ロンとプロテアーゼの発現には変化がないか減少したに

j. 2002;21(17):4411-9.

も関わらず、ミトカイン（Gdf15 , Fgf2 ）の発現のみが4.

Isaya G, Kalousek F, Fenton WA, Rosenberg LE.

MIPEP 欠損により増加した。核 DNA にコードされてCleavage of precursors by the mitochondrial

いる UPRmt 応答性のこれらのミトカインは、転写・翻processing peptidase requires a compatible

訳のあと細胞外に放出されることで、生体の酸化ストレ

mature protein or an intermediate octapeptide. Jスや炎症を軽減することが知られている。そこで、血漿中のこれらのミトカインの発現を ELISA で測定した結Cell Biol. 1991;113(1):65-76.
5.

Vögtle FN, Prinz C, Kellermann J, Lottspeich F,果、MIPEP 欠損により GDF15 のみ血中で増加していた。

Pfanner N, Meisinger C. Mitochondrial protein

以上の結果から、我々の作製したA-Mipep KO マウスは、

turnover: role of the precursor intermediate

WAT において非典型的な UPRmt を誘導し、GDF15 をpeptidase Oct1 in protein stabilization. Mol Biol

血中に放出することが明らかになった。

Cell. 2011;22(13):2135-43.
6.

５． 脂肪組織特異的ミトコンドリア UPR が個体に及Kobayashi M, Takeda K, Narita T, Nagai K, Okita
N, Sudo Y, et al . Mitochondrial intermediate

ぼす影響

pept idase is a novel reg ulator of sirtuin- 3
activation by caloric restriction. FEBS Lett.

GDF15 は UPRmt により誘導される代表的なミトカ

2017;591(24):4067-73.

インで、正負の両作用が報告されている。実際、血漿GDF15 が高値を示した A-Mipep KO マウス 30 週齢に7.

Abulizi P, L oga nat ha n N, Zhao D, Mele T,

Lipopolysaccharide（LPS）を暴露した結果、ＷＴマウ

Zhang Y, Zwiep T, et al . Growth Differentiationスは４日程度でほとんどが死亡したが、A-Mipep KO マ

Factor-15 Deficiency Augments Inflammatory

ウスはこれに抵抗性を示した。一方で、A-Mipep KO マ

Response and Exacerbates Septic Heart and Renal

ウスの平均寿命は短縮した。GDF15 は若齢期には LPS

Injury Induced by Lipopolysaccharide. Sci Rep.などによる細胞障害に抵抗を示す因子である［7］。一方、
血漿 GDF15 は加齢に伴い増加し、高齢者の身体能力や2017;7(1):1037.
8.

Conte M, Martucci M, Mosconi G, Chiariello

認知機能と負に相関することが報告されている［8］。以上

A, Cappuccilli M, Totti V, et al . GDF15 Plasmaのことを踏まえ、A-Mipep KO マウスは、脂肪細胞におLevel Is Inversely Associated With Level ofける非典型的 UPRmt を介した GDF15 の発現増加など

Physical Activity and Correlates With Markers

により、若齢期では LPS などの急性ストレスに対してof Inflammation and Muscle Weakness. Front

抵抗性・改善傾向を示すが、高齢期までの長期にわたる

Immunol. 2020;11:915.

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