去デュビキナーゼRpn11の抑制が非アルコール性脂肪性肝疾患 (NAFLD) を改善する研究

背景紹介

非アルコール性脂肪性肝疾患 (NAFLD) およびそのより深刻な形態である非アルコール性脂肪性肝炎 (NASH) は、世界的な公衆衛生問題として重要で、その発生率の急速な増加が肝硬変や肝細胞癌 (HCC) の主な原因となっています。NAFLDは肝臓の脂肪沈着との関連だけでなく、通常は代謝異常も伴い、例えばインスリン抵抗性、高血糖、高脂血症などが挙げられます。近年、専門家たちはNAFLDを代謝機能障害関連脂肪性肝疾患 (MASLD) と再定義し、その複雑な代謝的特性をさらに強調しています。

現在、NAFLDの主要な病理特性は肝細胞内のトリグリセリドの過剰蓄積であり、このプロセスは多くの転写因子によって制御されています。しかし、タンパク質の翻訳後修飾（例：ユビキチン化と脱ユビキチン化）が肝臓の脂質代謝に及ぼす影響はまだ明確ではありません。ユビキチンは保存されたタンパク質で、標的タンパク質のリシン残基に結合してタンパク質の分解、シグナル伝達、遺伝子転写を促進します。このプロセスは可逆的であり、脱ユビキチン化酵素（DUB）はユビキチンを除去して標的タンパク質の安定した発現を促します。DUBの健康状態や病状での研究は徐々に進展していますが、NAFLDにおけるその可能性はまだ完全には探究されていません。

この研究では、研究チームはマウスモデルを用いて遺伝子発現スクリーニングを行い、NAFLDマウスモデルで顕著にアップレギュレーションされるDUBとしてRpn11を特定しました。一連の実験を通じて、彼らはRpn11が肝臓脂質代謝の調整において重要な役割を果たすことを明らかにしました。研究結果は、Rpn11がMETTL3を脱ユビキチン化して安定化し、それによってACSS3のm6A修飾を強化することを示しています。このRpn11-METTL3-ACSS3軸はさらにヒストンプロピオニル化によって脂質代謝関連遺伝子を上方制御します。この新しい発見は、Rpn11の抑制がNAFLDの治療の新しい戦略となる可能性を示しています。

研究出典

この研究は、復旦大学、上海交通大学医学院、温州医科大学、上海薬物研究所などの研究者によって共同で行われ、著者にはBing Zhou、Yunchen Luo、Hanqi Biなどが含まれています。2024年10月1日に《Cell Metabolism》誌で発表されました。

研究プロセス

研究チームは、Rpn11がNAFLDおよびNASHにおいて果たす具体的な役割メカニズムを詳細に探るため、複数の手順からなる実験デザインを使用しました。

1. モデルの構築：Rpn11の役割を研究するため、研究者は肝細胞特異的にRpn11をノックアウトしたマウス (Rpn11 HKO) を構築し、NAFLD関連の表現型での挙動を観察しました。同時に、研究チームは高脂肪食 (HFD) およびGubra Amy NASH (GAN) 食を与えることでマウスにNAFLDおよびNASHを誘導しました。さらに、研究チームはレプチン受容体欠損マウス (db/db) を使用し、qPCR、RNAシーケンシング、ウェスタンブロッティング法を用いて、様々なマウスNAFLDモデルでのRpn11の発現を検出しました。

2. Rpn11とMETTL3の関係：Rpn11は脱ユビキチン化によりMETTL3タンパク質を安定化し、その発現レベルを上方制御することが判明しました。具体的な実験の結果、Rpn11 HKOマウスではMETTL3タンパク質が著しく減少しましたが、そのmRNAレベルに顕著な変化は見られませんでした。さらなる研究により、Rpn11がHFD誘導の脂肪肝炎マウスにおいてMETTL3タンパク質の安定性を増加させることがわかりました。

3. METTL3によるACSS3の発現調節：Rpn11が安定化させたMETTL3はm6A修飾を通じてACSS3の発現を促進しました。ACSS3は短鎖脂肪酸CoA合成酵素であり、プロピオニル-CoAを生成し、ヒストンプロピオニル化の方法で脂質代謝関連遺伝子の発現を上方制御します。

4. Rpn11の抑制効果実験：研究チームはRpn11の抑制剤Capziminをdb/dbマウスに処理し、この抑制剤がマウスの肝脂肪変性、インスリン抵抗性および血糖値を著しく改善することを発見しました。CapziminはMETTL3タンパク質レベルを低下させるだけでなく、ACSS3の発現、ヒストンプロピオニル化レベル、脂質代謝関連遺伝子の発現も減少させました。

主要研究結果

1. NAFLDにおけるRpn11の重要な役割：Rpn11はHFDおよびGAN食誘導のNAFLD/NASHマウスモデルで顕著にアップレギュレートされ、肝臓特異的なRpn11ノックアウトマウスにおいて肝臓脂質蓄積への影響が観察されました。結果は、Rpn11 HKOマウスが高脂肪食誘導の肝脂肪変性に対して著しい保護作用を持つことを示しています。

2. Rpn11-METTL3-ACSS3経路の発見：Rpn11が脱ユビキチン化してMETTL3を安定化させ、後者がACSS3のm6A修飾レベルを強化し、ACSS3タンパク質の発現を増加させます。ACSS3が生成するプロピオニル-CoAはヒストンプロピオニル化を通じて脂質代謝遺伝子を制御し、NAFLDの発生を促進します。

3. Capziminの治療可能性：Rpn11抑制剤Capziminは、db/dbマウスモデルで良好な治療効果を示し、マウスの肝臓脂質蓄積を著しく減少させ、インスリン感受性と糖耐性を改善しました。これはCapziminがNAFLDおよびNASHの新しい薬候補となる可能性を示しています。

結論と意義

この研究は、Rpn11がNAFLDおよびNASHにおいて新たな調節因子として重要な役割を果たすことを明らかにしました。脱ユビキチン化を通じて、Rpn11はMETTL3を安定化させ、それによりACSS3のm6A修飾を促進し、脂質代謝遺伝子を活性化します。このRpn11-METTL3-ACSS3-ヒストンプロピオニル化軸の発見は、NAFLDの発病メカニズムに対する理解を豊かにするだけでなく、この疾患の治療に新たな見解を提供します。

本研究はNAFLDの潜在的な薬物治療に新たな道を開き、Rpn11の抑制が効果的な治療戦略となる可能性を提起しています。この戦略は特にNAFLDおよびNASHの患者にとって重要な応用の前途があり、今後Capziminなどの薬物開発を通じて患者により効果的な治療選択を提供する可能性があります。さらに、METTL3が多くの生理的および病理的過程で重要な役割を果たしているため、Rpn11-METTL3経路の研究は他の疾患（例えば癌や免疫性疾患）にも重要な示唆を与える可能性があります。

研究のハイライト

1. 新たな調節経路の発見：Rpn11-METTL3-ACSS3経路を通じてNAFLDの発生を調節し、革新的にRpn11が肝臓脂質代謝において果たす重要な影響を明らかにしました。

2. 治療可能性の探索：小鼠モデルにおけるCapziminの成功した応用が、NAFLDおよびNASH治療における大きな可能性を示し、この分野の臨床治療に新しい方向性を提供しました。

3. NAFLD病理メカニズムの深い理解：研究チームは様々な実験モデルと技術手段を用い、Rpn11がNAFLDにおいて果たす役割メカニズムを詳細に解明し、後続の研究に強固な理論基盤を提供しました。

展望

将来の研究では、Rpn11がNAFLD以外の他の代謝疾患に及ぼす影響をさらに探究でき、特に腫瘍などの疾患におけるRpn11-METTL3経路の潜在的役割に注目すべきです。また、Capziminの安全性および耐容性は、女性患者への治療効果も含め、臨床試験でさらに検証する必要があります。この研究はNAFLD/NASHの治療に新たな見解を提供し、重要な科学的意義と応用価値を持っています。