糖毒性・脂肪毒性による分泌顆粒内におけるプロインスリンプロセシング障害の解明

阐明由于糖毒性和脂毒性导致的分泌颗粒内胰岛素原加工障碍

• 批准号: 20K17501
• 负责人: 飯田 雅
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Juntendo University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K17501/
• 关键词: プロインスリン; インスリン; 糖脂肪毒性; V-ATPase; 糖尿病; PC1/3; PC2; プロインスリンプロセシング; 糖毒性; 脂肪毒性; 分泌顆粒内環境; プロホルモン変換酵素; 2型糖尿病; 分泌顆粒酸性化; GLP1製剤

プロインスリンは膵β細胞分泌顆粒内においてProhormone Convertase 1/3(PC1/3)及び2(PC2)により切断され、C-peptideとインスリンに分かれる。血中プロインスリンの上昇はこれらの酵素機能の障害を示唆し、膵β細胞機能障害を臨床的に評価する指標の一つである。PC1/3とPC2は共に前駆体として生成され、その成熟と酵素活性は共に分泌顆粒内酸性環境とカルシウムに依存するため、酵素機能障害は分泌顆粒内環境の変化を示唆する。本研究は2型糖尿病発症に関与する糖脂肪毒性がプロインスリンプロセシングに及ぼす影響を、PC1/3とPC2の酵素機能障害の観点から明らかにすることを目的とする。C57BL/6マウスから単離した膵島と膵β細胞系腫瘍株であるMIN6細胞に高濃度グルコース及び飽和脂肪酸を負荷し，糖脂肪毒性によるプロインスリンプロセシングの障害を検証した。電子顕微鏡による形態学的検討では、プロインスリンの蓄積を示唆する未成熟分泌顆粒の全顆粒数に対する割合が増加を確認した。分泌顆粒関連タンパクであるPhogrinにGFPを融合させたタンパクを発現するMIN6細胞に対してpH指示薬で標識したところ、糖脂肪毒性による刺激は分泌顆粒内酸性度を低下させた。オルガネラ内の酸性化に重要な役割を果たすV-ATPaseは2つのドメインが結合しその機能を発揮するが、糖脂肪毒性によりこれらのドメインの結合が障害されることを細胞分画法と近接ライゲーションアッセイで確認した。肥満糖尿病モデルマウスであるdb/dbマウスから得られた単離膵島ではプロインスリンタンパクの蓄積を確認した。これらの結果より糖脂肪毒性はV-ATPase機能を障害し分泌顆粒内酸性化を阻害することで、プロセシングエンザイムの酵素機能を低下させ、プロインスリンプロセシングを一部障害することが示唆された。

Proinsulin在胰腺β细胞分泌颗粒中通过激素转化酶1/3（PC1/3）和2（PC2）裂解，并分为C肽和胰岛素。升高的血液促硫素表明酶功能受损，是胰腺β细胞功能障碍临床评估的指标之一。 PC1/3和PC2都是作为前体产生的，它们的成熟和酶活性均取决于分泌的内部酸性环境和钙，因此酶功能障碍表明分泌性内环境的变化。这项研究旨在阐明从PC1/3和PC2中酶功能障碍的角度，涉及2型糖尿病的糖脂毒性对Proinsulin加工的影响。从C57BL/6小鼠和MIN6细胞（胰腺β细胞肿瘤系）中分离出的胰岛含有高浓度的葡萄糖和饱和脂肪酸，并且由于糖脂毒性而导致的促胰岛素加工受损。电子显微镜形态检查证实，未成熟的分泌颗粒比总颗粒计数的比例增加，表明促蛋白的积累。当表达与Phagrin融合的蛋白质的MIN6细胞（一种分泌颗粒相关的蛋白质）被标记为pH指示剂，这是由糖脂毒性引起的刺激，以降低分泌颗粒的酸度。尽管V-ATPase在细胞器内的酸化中起着重要作用，但通过两个结构域的结合发挥其功能，但通过细胞分馏和接近连接测定法证实，这些结构的结合因糖脂毒性而受到损害。在肥胖的糖尿病模型DB/dB小鼠中获得的分离胰岛中证实了促蛋白蛋白的积累。这些结果表明，糖脂肪毒性会损害V-ATPase功能并抑制酸化内酸化，从而导致加工酶的酶功能降低，并部分损害促硫酸盐加工。