褐色脂肪におけるm6A mRNAメチル化は、UCP1に依存しない臓器間プロスタグランジンシグナル軸を介して全身のインスリン感受性を調節

2024-11-10 Sun
褐色脂肪 m6Aメチル化インスリン感受性プロスタグランジン脂質代謝 METTL14 シグナル伝達
脂肪組織m6A mRNAメチル化の役割：臓器間プロスタグランジンシグナル軸がインスリン感受性を調節する画期的な発見研究背景及び動機近年、褐色脂肪組織（Brown Adipose Tissue, BAT）が人体の代謝調節において持つ潜在的な役割が広く注目されています。BATは、非結合タンパク質1（UCP1）を介した熱産生特性で知られており、寒冷刺激下でのエネルギー消費、体脂肪の減少の特性は、肥満や代謝症候群治療の重要なターゲットとされています。しかし、熱産生機能に加えて、BATは分泌因子を通じて全身代謝に影響を与え、グルコース、脂肪酸、および分枝鎖アミノ酸の利用を調節します。BATの活性化は通常、UCP1の高発現を伴いますが、増え続ける証拠により、UCP1に依存しないメカニズムもまた脂肪組織において代謝調節機能を果たすことが示唆されています。
本研究の著者たちは、mRNAに広く存在するエピジェネティックな修飾であるN6-メチルアデニン（m6A）が、BATの分泌機能および全身のインスリン感受性調節において重要な役割を果たす可能性があると提案しています。具体的には、本研究はm6Aの書き込み酵素であるメチルトランスフェラーゼ様タンパク質14（METTL14）に焦点を当て、BAT内でのインスリン感受性への影響を探究し、m6AがBATの分泌物を通じてどのように全身代謝に影響を与えるかを明らかにします。
研究出所この研究はLing Xiaoおよびそのチームによって行われ、研究チームメンバーはJoslin糖尿病センター、ハーバード医科大学、シカゴ大学、東フィンランド大学、およびドイツのライプツィヒ大学などの機関からなっています。研究成果は2024年10月の《Cell Metabolism》ジャーナルに掲載されました。チームは多機関の協力と分野を超えた実験デザインを通じて、研究に対して深い分子生物学および代謝の洞察をもたらしました。
研究プロセス研究チームは、特異的にMETTL14遺伝子を欠失した褐色脂肪組織ノックアウトマウス（M14KO）を生成し、異なる食事条件（高脂肪食と低脂肪食）の下でのインスリン感受性、グルコース耐性および代謝反応を分析しました。実験には以下が含まれます：
遺伝子発現解析：最初に、著者は人体およびマウスサンプルにおける肥満状態下でのMETTL14の発現を調査し、肥満人口および高脂肪食のマウスのBATでMETTL14が顕著に上方調節されていることを発見しました。
マウスモデルの生成と検出：METTL14-floxedマウスとUCP1-Creマウスを交配させることで、BATに特異的にMETTL14をノックアウトしたマウスモデル（M14KO）を得ました。研究では、M14KOマウスのBAT内でのMETTL14の欠失を確認し、このノックアウトが他の代謝組織に影響を与えないことを証明しました。
インスリン耐性テスト：制御食および高脂肪食の条件下で、M14KOマウスのインスリン感受性およびグルコース耐性が明らかに改善され、この現象は異なる性別のマウスにおいて一貫しており、体重変化とは独立していることを発見しました。
冷暴露実験：UCP1がこのプロセスでどのように作用するかを探るため、研究は低温（5℃）および温中性（30℃）の条件下でM14KOマウスをテストしました。結果は、UCP1の活性がどのように変化しても、M14KOマウスのインスリン感受性が維持されていることが示され、METTL14欠失によるインスリン感受性の向上がUCP1に依存しないことを示しています。
リピドミクス分析：液相クロマトグラフィー-質量分析法を用いて、研究はM14KO-BATおよびヒト褐色脂肪細胞（HBAT）におけるプロスタグランジンE2（PGE2）およびプロスタグランジンF2α（PGF2α）の顕著な上昇を特定し、これらのプロスタグランジンがBATから放出されることを確認し、さらにそのインスリン感受性調節における役割を探求しました。
細胞実験および共培養実験：in vitro実験を通じて、研究は肝細胞、骨格筋細胞および白色脂肪細胞でのPGE2およびPGF2αの作用を調査し、細胞レベルでインスリンシグナル経路中のAktリン酸化を顕著に増強できることを発見しました。
中和実験：PGE2の作用を検証するために、研究は中和抗体を用いてM14KOマウスのPGE2をブロックし、結果としてインスリン感受性が部分的に抑制され、M14KOマウスのインスリン感受性へのPGE2の寄与をさらに確認しました。
研究結果インスリン感受性の改善：M14KOマウスは顕著なインスリン感受性の向上を示し、冷暴露または温中性条件下でこの改善が影響を受けないことを証明し、METTL14欠失が非UCP1依存メカニズムを介して代謝に影響を与えることを立証しました。
BAT分泌物の変化：リピドミクスおよび質量分析を通じて、研究はM14KO-BATにおけるPGE2およびPGF2αの含量上昇を特定しました。さらなる実験では、これら二つのプロスタグランジンが肝臓、骨格筋、白色脂肪においてインスリンシグナルを強化し、グルコース取り込みを促進することが示されました。
プロスタグランジン作用メカニズム：体内および体外実験結果はともに、PGE2およびPGF2αがAktシグナル経路の活性化を通じてインスリン感受性を促進し、その受容体をブロックするとその効果が顕著に弱まることを示しました。研究は、PGE2がプロテイン脱リン酸化酵素（例えばPHLPPおよびSHIP1/2）の活性を抑制することで、Aktシグナルを強化することを示しています。
m6A修飾が遺伝子発現調節に与える役割：RNAシーケンシングおよびm6A免疫沈降分析は、METTL14欠失がプロスタグランジン合成酵素（例：PTGES2およびCBR1）のmRNAを低メチル化状態にし、その分解を遅延させ、タンパク質レベルを増大させることを示しました。METTL14はYTHDF2/3タンパク質を通じてこれらのmRNAの安定性を調整し、最終的にプロスタグランジンの分泌を促進します。
集団関連性分析：複数の人間集団コホートにおいて、研究はPGE2およびPGF2αのレベルがBMIおよびインスリン感受性と負の相関を持つことを発見し、これらのプロスタグランジンが人体の代謝調節における役割を支持します。
研究結論及び意義本研究は初めて、METTL14がm6A修飾を通じてBATの分泌機能を調節するメカニズムを明らかにし、プロスタグランジン合成の調整を通じて全身のインスリン感受性を顕著に改善することを発見しました。このプロセスはUCP1介在の熱産生メカニズムとは独立しており、代謝調節に新たな考え方と潜在的なターゲットを提供します。具体的には、研究はBATによって分泌されるPGE2およびPGF2αがインスリン感受性調節因子として作用することを確認し、この発見は非熱産生条件下でBATが代謝にどのように影響を与えるかという理解を拡張しました。
研究はまた、PGE2およびPGF2αがマウスモデルで有効であるだけでなく、人間のコホートでも類似した代謝調節特性を示すことを指摘しています。これにより、将来的にBAT分泌因子をターゲットにした代謝性疾患の介入に対する理論的根拠を提供します。総じて、本研究は新しい生物学的メカニズム、すなわちBAT分泌物中のプロスタグランジンシグナルを介して全身インスリン感受性を強化するというメカニズムを提供し、肥満およびそれに関連する代謝疾患の治療に新たな潜在的方向性を提供しました。