2020年7月3日金曜日

脂肪の分解(オートファジー)を抑制するタンパク質Rubiconを発見!このRubiconを分解する薬を開発出来れば痩せます。Discovered Rubicon, a protein that suppresses fat degradation (autophagy)! If you can develop a drug that decomposes this Rubicon, you will lose weight.

勉強の為に転載しました。
http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2016/20160913_1

2016年9月13日

本研究成果のポイント

・オートファジー※1 を抑制するタンパク質であるRubicon※2 が高脂肪食摂取時に肝臓で増加することにより、生活習慣病である脂肪肝の病態を悪化させることを発見
・脂肪肝の発症機序は不明であったが、Rubiconの発現上昇によるオートファジーの抑制が肝臓への脂肪沈着と肝障害を引き起こすことを解明
・今後、Rubiconを標的とした脂肪肝に対する治療薬への応用に期待

概要

田中聡司大学院生、疋田隼人助教、竹原徹郎教授(大阪大学大学院医学系研究科消化器内科学)および吉森保教授(大阪大学大学院医学系研究科遺伝学/生命機能研究科細胞内膜動態学)らの研究グループは、肝臓でRubiconの発現が上昇することが脂肪肝の原因であることを明らかにしました(図1) 。
これまで脂肪肝ではオートファジー(細胞内の分解機構)が抑制されていることは報告されていましたが、その詳細については解明されていませんでした。研究グループは、高脂肪によりRubiconが肝臓で増加し、オートファジーが抑制されることで脂肪肝の病態が悪化することを解明しました。今後、Rubiconをコントロールすることで脂肪肝の治療への応用が期待されます。
本研究成果は、9月下旬以降に米国科学誌「Hepatology」にオンライン公開されます。
図1 脂肪肝発生のメカニズム
脂肪食は肝細胞のRubiconを増やして脂肪分解を抑制し、細胞死を促進する。

研究の背景

過度の栄養が原因となる脂肪肝(肝細胞に脂肪が蓄積する病気)は、日本を含めた先進国で増加しており、人口の約30%が脂肪肝に罹患すると言われる程、極めて頻度の高い生活習慣病です。また、脂肪肝の一部は非アルコール性脂肪肝炎※3 を経て重症化し、肝硬変、肝がんへと進行するため、脂肪肝の増悪をいかに抑制するかが課題となっています。しかし現時点では、脂肪肝を治療するための有効な薬剤は存在しておらず、病態を解明し、治療法の開発に繋げることが待ち望まれています。
これまで、脂肪肝ではオートファジー(細胞内の成分を分解する機構)が抑制されていることが報告されていましたが、その詳細については明らかではありませんでした。そこで、研究グループは、オートファジーを抑制するタンパク質であるRubiconに注目し、脂肪を与えたヒト培養肝細胞や、過栄養状態で脂肪肝を発生したマウス体内の肝細胞において、Rubiconとオートファジーや細胞死(アポトーシス)との関連を調べました。

本研究の成果

研究グループは、脂肪を与えたヒト培養肝細胞(HepG2:ヒト肝癌由来細胞)や、高脂肪食(32%脂肪含有、4ヶ月)を与えたマウスの肝細胞では、Rubiconの発現が上昇してオートファジーが抑制されることを見出しました。また、このRubiconの発現を抑える(ノックアウトする)ことにより、マウス肝臓内の脂肪蓄積と細胞死が軽減され(図2) 、脂肪肝の増悪はRubiconの発現上昇を介したオートファジー機能の低下が原因で起こっていることを明らかにしました。
また、研究グループは、非アルコール性脂肪肝炎の患者さんの肝臓内でもRubiconの発現が上昇していること確認しました。
図2 高脂肪食を与えたマウスの肝臓および肝臓細胞の比較
Rubiconの発現を抑える(ノックアウトする)と、高栄養食により肥大化した肝臓のサイズが正常に戻り、細胞内の脂肪(下図、赤色)の蓄積が抑えられる。

本研究成果が社会に与える影響(本研究成果の意義)

本研究成果により、今まで有効な薬物治療が存在しなかった脂肪肝に対して、Rubiconを標的として、患者さんの肝内脂肪を減少させ、肝障害を軽減させる治療薬の開発が期待されます。これにより脂肪肝から重症化する非アルコール性脂肪肝炎や肝がんの発症を抑制することも期待されます。
また、これまでに遺伝子の突然変異によってオートファジーが低下して発症する先天性疾患(遺伝病)は複数知られていましたが、本研究は後天的な環境要因(今回は高脂肪食摂取)によってオートファジーが低下し疾患が発症することを示した初めての例です。過栄養摂取による健康障害は現代社会の最重要課題のひとつであり、その点からも注目されます。

特記事項

本研究成果は、2016年9月下旬以降に米国科学誌「Hepatology」(オンライン)に掲載されます。
【タイトル】Rubicon inhibits autophagy and accelerates hepatocyte apoptosis and lipid accumulation in nonalcoholic fatty liver disease.
【著者】Satoshi Tanaka1, Hayato Hikita1, Tomohide Tatsumi1, Ryotaro Sakamori1, Yasutoshi Nozaki1, Sadatsugu Sakane1, Yuto Shiode1, Tasuku Nakabori1, YoshinobuSaito1, Naoki Hiramatsu1, Keisuke Tabata2, Tsuyoshi Kawabata2, Maho Hamasaki2, Hidetoshi Eguchi3, Hiroaki Nagano3, Tamotsu Yoshimori2* and Tetsuo Takehara1*
1. 大阪大学大学院医学系研究科消化器内科学
2. 大阪大学大学院医学系研究科遺伝学
3. 大阪大学大学院医学系研究科消化器外科学
(*責任著者)
なお、本研究は、文部科学省科研費および国立研究開発法人日本医療研究開発機構(AMED)の革新的先端研究開発支援事業(AMED-CREST)「生体恒常性維持・変容・破綻機構のネットワーク的理解に基づく最適医療実現のための技術創出」研究開発領域(研究開発総括:永井良三)における研究開発課題「恒常性維持機構オートファジーに着目した栄養素過剰摂取に起因する疾患の原因解明と治療法確立」(研究開発代表者:吉森保)の一環で行われました。なお、本研究開発領域は、平成27年4月の日本医療研究開発機構の発足に伴い、国立研究開発法人科学技術振興機構(JST)より移管されたものです。
また、本研究は永野浩昭元・准教授(当時・大阪大学消化器外科学、現・山口大学医学部医学科消化器・腫瘍外科学教授)、江口英利准教授(大阪大学消化器外科学)らの協力の下に、実施されました。

用語解説

※1 オートファジー
細胞内に存在するタンパク質や構造体を二重膜で包み込み、ライソゾーム(多種の消化酵素をもつ細胞小器官)と融合することで包み込んだ内容物を分解する機構。オートファジーが開始すると、細胞質内に隔離膜が出現する。隔離膜は伸長して分解対象物を取り囲み、オートファゴソームを形成する。オートファゴソームはライソゾームと融合してオートライソゾームとなり、ライソゾーム内の消化酵素により分解対象物は分解される。
オートファジーは、細胞内の不要物を分解することにより浄化作用を持つ。近年、様々な疾患においてオートファジーの機能が低下していることが確認されており、細胞内浄化作用が抑制され細胞内に不要物が溜まることが疾患の発症につながる可能性が考えられている。
本研究では、過剰脂肪酸摂取下でRubicon蛋白が蓄積し、オートファゴソームとライソゾームの融合が阻害され、オートファジー機能が低下することが分かった。
※2 Rubicon(ルビコン; Run domain Beclin-1 interacting And cysteine-rich containing protein)
本研究グループの吉森教授らにより2009年に発見された、オートファジーを抑制する働きを持つタンパク質。オートファジーの最終ステップであるオートファゴソームとライソゾームの融合を抑制し、細胞内のRubiconが増加するとオートファジー機能が低下することが知られている。
※3 非アルコール性脂肪肝炎(Non-alcoholic steatohepatitis:NASH)
脂肪性肝疾患とは、肝細胞に脂肪(中性脂肪)が沈着して肝障害を引き起こす病態の総称。明らかな飲酒歴がない(エタノール換算摂取量男性30g、女性20g/日未満)脂肪性肝疾患を、非アルコール性脂肪性肝疾患(Non-alcoholic fatty liver disease:NAFLD)と言う。近年、NAFLDは最も多くみられる慢性肝疾患であり、先進国では人口の約30%が罹患し増加傾向にある。NAFLDは、予後良好な単純性脂肪肝と進行性の非アルコール性脂肪肝炎(NASH)に分かれる。NASHはNAFLD全体の10-20%を占め、肝臓の脂肪化に加えて炎症や線維化を伴い、進行すると肝硬変や肝細胞がんに至る。
※4 ノックアウトマウス
特定の遺伝子の発現が起こらないように遺伝子操作して作製された遺伝子組換えマウス。

研究者のコメント

<吉森教授>
オートファジーを抑制するタンパク質としてRubiconを発見してから、このタンパク質と病気との関係に興味を持ち研究してきました。今回の成果はRubiconが原因となっている病気の初めての報告となります。オートファジー不全を伴う疾患は脂肪肝以外にもたくさん報告されています。この中にも実はRubiconが原因となる病気があるかもしれません。
<竹原教授>
肝臓における細胞死の持続が肝臓における線維化・発がんを起こすことを証明してきました。肝細胞死の機序を解明することは慢性肝疾患の進行を抑えるためのキーになります。今回、Rubiconによるオートファジーの抑制が脂肪肝における肝細胞死の進行に関与していることが明らかになりました。また同時に脂肪代謝に影響し、脂肪肝の成立そのものにも関与していることが示されました。今回の研究成果を、最も頻度の高い肝疾患である脂肪肝の治療に繋げていきたいと考えています。
<田中大学院生>
これまでオートファジーの機能低下が、遺伝病などの稀な疾患の病態形成に関わることは示されていましたが、近年患者数が増加している非アルコール性脂肪性肝疾患(NAFLD)の病態形成に寄与することが示せました。更に分子メカニズムの観点から、本学吉森保教授が発見されたRubiconタンパク質が重要な役割を果たすことを発見しました。未だ効果的な治療薬のない非アルコール性脂肪肝炎(NASH)の新規治療薬開発に繋げたいと思います。

参考URL

大学院医学系研究科消化器内科学
http://www.med.osaka-u.ac.jp/pub/gh/index.html
吉森研究室
http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/yoshimori/jp/


Discovered Rubicon, a protein that suppresses fat degradation (autophagy)! If you can develop a drug that decomposes this Rubicon, you will lose weight.


Reprinted for study.
http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2016/20160913_1

September 13, 2016

Points of this research achievement

Auto fuzzy ※ 1  is a protein that inhibits Rubicon ※ 2  by increases in the liver at the time of a high-fat diet, found that worsen the condition of fatty liver is a lifestyle-related disease
is the pathogenesis of-fatty liver It was unknown, but it was clarified that suppression of autophagy due to increased expression of Rubicon causes fat deposition in the liver and liver damage.
・It is expected to be applied as a therapeutic drug for fatty liver targeting Rubicon in the future.

Overview

Satoshi Tanaka Graduate Student, Assistant Professor Hayato Hikita, Professor Tetsuro Takehara (Osaka University Graduate School of Medicine, Gastroenterology) and Yoshimori Yasushi (Osaka University Graduate School of Medicine, Department of Genetics/Biological Function, Endomembrane Dynamics) Their group found that elevated Rubicon expression in the liver was responsible for fatty liver (Figure 1)  .
Up to now, it was reported that autophagy (intracellular decomposition mechanism) was suppressed in fatty liver, but the details have not been clarified. The research group found that high fat increases Rubicon in the liver and suppresses autophagy, which worsens the condition of fatty liver. In the future, controlling Rubicon is expected to be applied to the treatment of fatty liver.
The results of this research will be published online in the American scientific journal "Hepatology" after late September.
Fig. 1 Mechanism of fatty liver development
Fat diet increases Rubicon in hepatocytes, suppresses lipolysis, and promotes cell death.

Research background

Fatty liver (a disease in which fat accumulates in hepatocytes) caused by excessive nutrition is increasing in developed countries including Japan, and it is extremely frequent that about 30% of the population is affected by fatty liver. It is a highly lifestyle-related disease. In addition, part of fatty liver  becomes severe after nonalcoholic steatohepatitis *3 and progresses to cirrhosis and liver cancer. Therefore, how to control the deterioration of fatty liver is an issue. However, at the present time, there is no effective drug for treating fatty liver, and there is a long-awaited need to elucidate the pathological condition and lead to the development of a therapeutic method.
Previously, it was reported that autophagy (a mechanism that decomposes intracellular components) was suppressed in fatty liver, but the details have not been clarified. Therefore, the research group focused on Rubicon, which is a protein that suppresses autophagy, and observed Rubicon and autophagy in human cultured hepatocytes fed with fat and hepatocytes in the mouse body that developed fatty liver under hypertrophy. We investigated the relationship with cell death (apoptosis).

Results of this research

The research group showed that Rubicon expression was increased in cultured human hepatocytes fed with fat (HepG2: human hepatoma-derived cells) and mouse hepatocytes fed a high-fat diet (32% fat content, 4 months). We have found that autophagy is suppressed. In addition, by suppressing (knocking out) the expression of Rubicon, fat accumulation and cell death in the mouse liver were reduced (Fig. 2)  , and exacerbation of fatty liver decreased autophagy function through increased expression of Rubicon. Clarified what is happening.
The research group also confirmed that Rubicon expression was also elevated in the liver of patients with nonalcoholic steatohepatitis.
Fig. 2 Comparison of liver and liver cells of mice fed a high-fat diet. When
Rubicon expression was suppressed (knocked out), hypertrophic diet restored the enlarged liver size to normal, and intracellular fat (lower panel, red). ) Accumulation is suppressed.

Impact of this research result on society (Significance of this research result)

Based on the results of this research, it is expected that Rubicon will be targeted in the treatment of fatty liver for which effective drug treatment has not existed so far, and the development of a therapeutic drug that reduces liver fat in patients and reduces liver damage. .. This is also expected to suppress the development of non-alcoholic steatohepatitis and liver cancer, which become severe from fatty liver.
In addition, until now, multiple congenital diseases (genetic diseases) caused by decreased autophagy due to gene mutation have been known, but this study is based on acquired environmental factors (this time high fat diet intake). Is the first example showing that autophagy is reduced and disease develops. Health disorders due to overnutrition are one of the most important issues in modern society, and it is worth noting that.

Notices

The results of this research will be published in the American scientific journal "Hepatology" (online) after the end of September 2016.
[Title] Rubicon inhibits autophagy and accelerates hepatocyte apoptosis and lipid accumulation in nonalcoholic fatty liver disease.
[Author] Satoshi Tanaka 1 ,Hayato Hikita 1 ,Tomohide Tatsumi 1 ,Ryotaro Sakamori 1 ,Yasutoshi Nozaki 1 ,Sadatsugu Sakane 1 ,Yuto Shiode 1 , Tasuku Nakabori 1 ,YoshinobuSaito 1 ,Naoki Hiramatsu 1 , Kesuke Tabata 2 ,Tsuyoshi Kawabata 2 ,Maho Hamasaki 2 ,Hidetoshi Eguchi 3 ,Hiroaki Nagano3 , Tamotsu Yoshimori 2*  and Tetsuo Takehara 1*
1. Osaka University Graduate School of Medicine, Gastroenterology
2. Osaka University Graduate School of Medicine, Genetics
3. Osaka University Graduate School of Medicine, Gastroenterology
(* Responsible author)
This research is based on the Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology's Grants-in-Aid for Scientific Research and the Japan Agency for Medical Research and Development (AMED)'s innovative advanced research and development support project (AMED-CREST) Research and development task in R&D area (R&D summary: Ryozo Nagai) to develop technologies for realization of optimal medical care based on understanding "Elucidation of causes of diseases caused by excessive nutrient intake and treatment methods focusing on autophagy "Establishment" (Research and development representative: Tamotsu Yoshimori). This R&D area was transferred from the Japan Science and Technology Agency (JST) with the establishment of the Japan Medical Research and Development Agency in April 2015.
In addition, Hiroaki Nagano, an associate professor (at that time, Osaka University Gastroenterological Surgery, now Yamaguchi University School of Medicine, Department of Gastroenterology and Oncology Surgery), Associate Professor Hidetoshi Eguchi (Osaka University Gastroenterology) It was carried out in cooperation with.

Glossary

*1 A
mechanism that wraps proteins and structures present in autophagy cells in a double membrane and fuses them with lysosomes (organelles that have various digestive enzymes) to decompose the encapsulated contents. When autophagy starts, a separation membrane appears in the cytoplasm. The isolation membrane extends and surrounds the degradation target, forming autophagosomes. Autophagosomes fuse with lysosomes to form autolysosomes, and the digestion enzyme in the lysosomes decomposes the degradation target.
Autophagy has a cleaning action by decomposing unnecessary substances in cells. In recent years, it has been confirmed that the function of autophagy is reduced in various diseases, and it is considered that suppression of intracellular purifying action and accumulation of unwanted substances in cells may lead to the onset of diseases. ..
In the present study, it was found that Rubicon protein accumulates under the intake of excess fatty acids, inhibits the fusion of autophagosomes and lysosomes, and reduces autophagy function.
*2 Rubicon (Run domain Beclin-1 interacting And cysteine-rich containing protein)
protein discovered in 2009 by Professor Yoshimori and colleagues in this research group, which acts to suppress autophagy. It is known that when the final step of autophagy, the fusion of autophagosomes and lysosomes, is suppressed and intracellular Rubicon increases, autophagy function decreases.
*3 Non-alcoholic steatohepatitis (NASH)
fatty liver disease is a general term for a condition in which fat (neutral fat) is deposited in liver cells and causes liver damage. Non-alcoholic fatty liver disease (NAFLD) is defined as fatty liver disease with no clear history of drinking (ethanol equivalent intake 30 g for males, less than 20 g/day for females). In recent years, NAFLD is the most common chronic liver disease, affecting about 30% of the population in developed countries, with an increasing trend. NAFLD is divided into simple fatty liver with good prognosis and progressive nonalcoholic steatohepatitis (NASH). NASH accounts for 10 to 20% of all NAFLDs, and is accompanied by inflammation and fibrosis in addition to fatty changes in the liver, and progresses to cirrhosis and hepatocellular carcinoma.
*4 Knockout mouse
A genetically engineered mouse that has been engineered to prevent the expression of a specific gene.

Researcher's comment

<Professor Yoshimori> Since
discovering Rubicon as a protein that suppresses autophagy, I have been interested in and studying the relationship between this protein and disease. The result is the first report of a disease caused by Rubicon. Many diseases associated with autophagy have been reported in addition to fatty liver. In fact, there may be some diseases caused by Rubicon.
<Prof. Takehara>
It has been proved that sustained cell death in the liver causes fibrosis and carcinogenesis in the liver. Elucidating the mechanism of hepatocyte death is the key to controlling the progression of chronic liver disease. Here, it was revealed that suppression of autophagy by Rubicon is involved in the progression of hepatocyte death in fatty liver. At the same time, it was shown that it affects fat metabolism and is involved in the establishment of fatty liver itself. We hope to connect the results of this research to the treatment of fatty liver, which is the most common liver disease.
<Tanaka graduate student>
Until now, it has been shown that autophagy dysfunction is involved in the pathogenesis of rare diseases such as genetic diseases, but the number of patients has increased in recent years. Non-alcoholic fatty liver disease It was shown to contribute to the pathogenesis of (NAFLD). Furthermore, from the perspective of the molecular mechanism, the Rubicon protein discovered by Professor Yoshimori Yasushi has been found to play an important role. I would like to lead to the development of a new therapeutic drug for non-alcoholic steatohepatitis (NASH) for which there is no effective therapeutic drug.

Reference URL

Department of Gastroenterology, Graduate School of Medicine
http://www.med.osaka-u.ac.jp/pub/gh/index.html

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