東京大学先端科学技術研究センター 代謝医学分野 酒井研究室

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代謝医学分野  阿部陽平 特任研究員、 動脈硬化Update 2015 最優秀賞 受賞

阿部陽平 特任研究員 動脈硬化Update 最優秀賞 「環境因子に応答したヒストン脱メチル化酵素JMJD1Aによる熱産生関連遺伝子制御メカニズムの解明」

日本心臓財団・アステラス「動脈硬化 Update」研究助成で、阿部先生が最優秀賞を獲得しました。 一次選考(書類)の結果、3演題が選出され、9月5日にシェラトン都ホテルで二次選考会(口演発表)がなされました。阿部陽平 特任研究員 が見事、一等の最優秀賞を獲得しました。

研究テーマ

環境因子に応答したヒストン脱メチル化酵素 JMJD1A による熱産生関連遺伝子制御メカニズムの解明

メタボリックシンドロームは、心筋梗塞や脳卒中などの血管イベントのリスクを増大させることから、メタボリックシンドロームの予防・治療の重要性が指摘されている。メタボリックシンドロームの上流には、肥満が成因基盤として存在することが認識され、生活習慣の改善に加え、いかに脂肪の燃焼 (エネルギー消費) を促進させるかが重要な課題である。また近年の研究から、生体が、ある環境因子に曝露されると、エピゲノム (DNA 塩基配列に依存しない DNA やヒストンのメチル化などの後天的な遺伝子修飾) のダイナミックな変化が生じ、これが将来の疾患のなりやすさや体質を決定付けることが明らかになりつつある。

本研究では、エピゲノム修飾酵素の欠損マウスの解析から、メタボリックシンドロームの病態形成に関与するヒストン H3 9 番目リジン残基の脱メチル化酵素 JMJD1A に着目した。JMJD1A 欠損マウスは、肥満や糖・脂質代謝異常などメタボリックシンドロームに特徴的な症状を呈し、寒冷環境下では体温が著しく低下することが示された。これより、JMJD1A は生体内でエネルギー消費・熱産生に重要な役割を担い、メタボリックシンドロームに対する創薬の標的になり得ることが期待される。そこで、申請者は、JMJD1A による環境因子感知機構からエネルギー消費・熱産生関連遺伝子の転写制御までの詳細なメカニズムの解明を行った。その結果、生体が急速な寒冷刺激を感知すると、褐色脂肪細胞では b-アドレナリンシグナルによる JMJD1A のリン酸化がスイッチとなって、転写因子 PPARg およびクロマチン再構築因子 SWI/SNF とタンパク質複合体を形成し、クロマチン高次構造を変化させることで、エネルギー消費・熱産生関連遺伝子の発現が誘導されることを明らかにした。

これらの成果は、エネルギー消費・熱産生機能障害とも考えられる肥満病態の新規治療・予防法に対する重要な知見であり、将来の血管イベントのリスク軽減に大いに貢献できると考えられる。


稲垣 毅 特任准教授が度岡本研究奨励賞(成人血管病研究財団)を受賞 (2012年10月22日、京都)!

稲垣 毅 特任准教授 平成24年度岡本研究奨励賞(成人血管病研究財団 (2012年10月22日、京都)

1999年に信州大学医学部卒業の後、老年医学講座 橋爪潔志教授研究室に入局。ここで、核内受容体であるレチノイン酸受容体(RAR)の研究を行った。レチノイン酸応答配列に結合するINAG1と命名した遺伝子を新規にクローニングし(JBC 2003)、INAG1が、免疫、血球系細胞において、血清応答配列や活性化蛋白質1(AP-1) を介するシグナル伝達に関与することを示した。INAG1は、T cellにおける細胞接着、極性化、遊走に関わることがその後の研究で示された。

    この研究がきっかけとなり、2002年にサウスウエスタンメディカルセンター薬理学講座のSteven Kliewer & David Mangelsdorf教授のもとに留学。ここでは細胞外刺激・外的環境の変化がどのようにして、細胞応答を誘導するか、核内受容体との関連で研究した。消化酵素である胆汁酸は食事などの刺激でその量は正確に制御される必要がある。氏は胆汁酸のセンサーである核内受容体FXRがFibroblast growth factor 15 (FGF15)遺伝子を標的とすること、そしてFGF15が胆汁酸生合成を制御する新たなホルモンであることを発見し(Cell Met. 2005)、さらにFXRが腸管内免疫応答に関与する遺伝子発現を制御するという新たな知見を示した(PNAS 2006)。氏はさらに、代謝で重要な絶食・飢餓に対する応答を解析。絶食・飢餓の刺激時に核内受容体PPARaは、FGF21の転写発現を制御し、これによって誘導されるFGF21が絶食時の糖新生・脂肪異化作用に関与すること、さらにFGF21がマウスの冬眠状態(Torpor) を誘導するという新たな生理作用を発見した(Cell Met. 2007)。加えて、絶食時における成長ホルモンシグナル抑制に、FGF21を介した機構を同定した (Cell Met. 2008)。以上の研究は、細胞外からの刺激を核内受容体が感知し、FGFという必要な液性因子を発現制御することで、個体レベルでの応答を制御するという「核内受容体-FGF axis」という新たなる概念を提示するものであった。この概念はサイエンス誌などでもレビューされ世界的に高い評価を受けている。

    2008年に東京大学先端科学技術研究センターに着任。当研究室においては、これまでの核内受容体研究に加え、細胞外刺激・外的環境が、細胞内シグナルを介して、どのようにして細胞の記憶としてゲノムに化学修飾され、エピゲノムとして記録されていくか、という研究に発展させた。この結果、3番目のヒストンの9番目のリジン(H3K9と略す)の脱メチル化異常がマウスにおいて肥満・インスリン抵抗性を引き起こすことを発見した(Genes to Cells2009)。この結果は、クロマチンの構造変化が肥満・インスリン抵抗性を引きおこすという初めての報告となり、今後、エピゲノムと代謝という新たな分野としての発展が期待されている。

代謝医学分野 酒井寿郎 教授、第43回 日本動脈硬化学会 (2011年7月16日開催) 第6回 五島雄一郎 賞 を受賞

酒井寿郎教授 日本動脈硬化学会 第6回 五島雄一郎賞(平成22年度)

代謝医学分野 酒井寿郎 教授、第43回 日本動脈硬化学会 (2011年7月16日開催)
第6回 五島雄一郎 賞 を受賞いたしました。


Atherosclerosis - Genetics to Epi-genomics
 

Juro Sakai
Division of Metabolic Medicine, RCAST,
The University of Tokyo
 

For more than a century, genetics has been a powerful tool to discover the causes of disease and their molecular basis. The discovery of the LDL receptor by Drs Goldstein & Brown, for example, enabled dramatic progress towards the elucidation of the mechanisms that mediate cholesterol homeostasis. This work showed that one of the most common genetic diseases in humans, familiar hypercholesterolemia, results from genetic defects of the LDL receptor. Expression of the LDL receptor gene is tightly regulated by cholesterol levels. This ensures that cells avoid the twin pitfalls of over accumulation of cholesterol on the one hand, and of insufficient cholesterol on the other. Transcriptional regulation of the LDL receptor gene is largely the work of SREBP. SREBP is a membrane-bound transcription factor that resides as an inactive form in the endoplasmic reticulum (ER). In order for SREBP to become transcriptionally-active, its amino-terminal portion must be cleaved from the membrane. Using somatic cell genetics, together with expression cloning techniques, my colleagues and I in the Brown and Goldstein lab discovered the two-step proteolytic activation of SREBP and identified the two distinct proteases involved.

It is now well known that both genetic factors and environmental factors are important in developing metabolic disorders such as obesity, type 2 diabetes, and atherosclerosis. Environmental factors can alter the way our genes are expressed through the mechanism of epigenetic changes. I sought to understand the role of epigenetic alteration of metabolic gene expression in order to test my hypothesis that the metabolic syndrome and cardiovascular disease can be caused at least in part by altered "histone modifications," which affect DNA.

Based on this hypothesis, my colleagues in my laboratory and I searched genes for chromatin modifications that may account for their altered expression and, thus, for obesity and metabolic disorders. PPARγ is a master regulator of adipogenesis and its agonist is an insulin-sensitizer. We hypothesized that PPARγ, regulates epigenetic changes to the genome. Such epigenomic changes are pivotal in cell differentiation. We used chromatin immunoprecipitation sequencing (ChIP-seq) analysis in 3T3L1 adipocytes to reveal that PPARγ binds to several genes that encode histone lysine methyltransferases. These include H3K9 methyl transferase and H4K20 mono-methyl transferase. Remarkably, mice deficient in H3K9 demethylase activity (JMJD1a-/- mice) exhibit adult onset obesity and insulin resistance. This result confirms my hypothesis.

I will present an overview of my studies of lipid and glucose homeostasis, energy expenditure, metabolic disorders and atherosclerosis starting from somatic cell genetics and moving on to epigeomics in animal models.
 

岡村将史 特任研究員、動脈硬化Update 2009 最優秀賞受賞 (2009年9月5日開催、東京)

 岡村将史 先生 動脈硬化Update 2009 最優秀賞

岡村将史 先生(酒井研OB、現東北大病院)

日本心臓財団・アステラス「動脈硬化 Update」研究助成で9月5日に二次選考会(口演発表)が行われ、岡村先生が、一等の最優秀賞を獲得しました。

岡村将史 先生、第82回日本内分泌学会総会(2009年4月23日開催、前橋)
若手研究奨励賞を受賞

 岡村将史 先生 第82回日本内分泌学会総会 若手研究奨励賞

岡村将史 先生(酒井研OB、現東北大病院)が第82回日本内分泌学会総会(2009年4月23日開催、前橋)で若手研究奨励賞を受賞しました。

COUP-TFII acts downstream of Wnt/β-catenin signal to silence PPARγ gene expression and repress adipogenesis

Masashi Okamura
Division of nephrology, endocrinology, and vascular medicine,
the Tohoku University Hospital

Introduction The physiological differentiation program converting preadipocytes into adipocytes has been well characterized predominantly in cultured mouse cell lines. This process, called adipogenesis, is orchestrated by an elaborate cascade of sequentially acting transcription factors and chromatin modifying co-regulators that shape the differentiation through the actions of hormones and other signaling pathways. The decision process used by preadipocytes to either remain proliferative or enter the differentiation pathway is influenced by both inhibitory and stimulatory factors and one class of endogenous factors proposed to repress adipogenesis include the Wnt signaling, however, the molecular pathway has not been completely defined from 2000.

Methods

To address the regulatory program governing inhibition of adipogenesis by Wnt/β-catenin signaling, we combined global gene expression profiling by microarray and genome wide binding analysis by ChIP on chip. To specifically evaluate the role of gene function, we combined retroviral overexpression system and oligo siRNA technology. To investigate the physiological role of COUP-TFII in obesity, we used the diet and genetic mouse models of obesity. Results We showed here that COUP-TFII was a direct target of Wnt/β-catenin signaling. Overexpression of COUP-TFII inhibited adipogenesis through the repression C/EBPα and PPARγ gene expression and siRNA mediated knockdown of COUP-TFII promoted adipogenesis. PPARγ was a direct target of COUP-TFII/RXRα heterodimer partner. COUP-TFII mediated inactivation of PPARγ gene expression by repressing histone modification. siRNA mediated knockdown of SMRT reversed COUP-TFII induced suppression of adipogenesis. Finally, we showed here that COUP-TFII was down-regulated in mouse models of obesity.

Discussion

PPARγ expression is necessary and over-expression is sufficient for adipogenesis, and it was previously known that Wnt signaling inhibits adipogenesis by silencing PPARγ gene expression. However, the molecular pathway for this regulation was incompletely defined and a big challenge in the field of Wnt signaling and adipogenesis has been to integrate known components of the Wnt signaling pathway with the downstream effectors controlling adipogenesis and PPARγactivity. By combining microarray, ChIP on chip analysis, cell and animal based experimental approaches, we showed here that COUP-TFII was a direct target of Wnt/β-catenin signaling and regulates adipogenesis in vitro and vivo. It was recently reported that COUP-TFII has an important role downstream of Hedgehog signaling to inhibit adipogenesis acting at the C/EBPα promoter. When combined with our study, the results define COUP-TFII as a molecular hub that integrates the input through 2 key developmental signaling pathways, Wnt/Hedgehog, with PPARγ gene expression and adipogenesis.

Conclusion Wnt/β-catenin signaling inhibited adipogenesis by regulating histone modification within PPARγ gene locus through COUP-TFII/RXRα/SMRT ternary complexes.

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