翻訳後修飾を介するGLUT4の細胞内トラフィックとターンオーバー調節機構の解明

本研究ではGLUT4の細胞内シーティングに翻訳後修飾機構が関与しているのではないかという仮説を立て、GLUT4のユビキチン化・SUMO(small ubiquitin-related modifier)化等の翻訳後修飾の生理的意義について検討を行ったSUMO付加反応における縮合酵素Ubc9は3T3-L1脂肪細胞の分化に伴い発現量が著明に増加し、チアゾリジン誘導体の添加により更に発現量は増加する。3T3-L1脂肪細胞にUbc9を過剰発現するとGLUT4蛋白量の著明な増加が見られるが、Ubc9がいかなる機構によりGLUT4発現量を増加させるのか、また増加したGLUT4が細胞内のどのコンパートメントにターゲティングされるのか、その詳細は不明である。脂肪細胞にはGLUT4特異的な高インスリン感受性コンパートメントが存在し、このコンパートメントヘGLUT4がソーティングされることがイシスリン感受性の発現に重要であると考えられている。そこで、3T3-L1脂肪細胞にアデノウイルスベクターを用いてUbc9を過剰発現し、GLUT4の細胞内局在をiodixanol濃度勾配遠心法により検討した。Ubc9の過乗発現によりGLUT4発現蛋白量は約1.6-2倍に増加したがGLUT1発現量には効果がなかった。これと符合し、インスリンによるグルコース取り込みは約1.6倍に亢進した。同条件下でiodixanol濃度勾配法によりGLUT4の細胞内分布を検討した結果、GLUT4はエンドソーム-トランスゴルジ・ネットワーク(END-TGN)画分(peak2)に比べ、いわゆるGLUT4貯蔵小胞(GSV)画分・(peak1)において相対的な増加がみられたことから、Ubc9はGLUT4のGSV画分へのソーティングを促進すると考えられた。一方、インスリン受容体とGLUT4を発現したCHO細胞.(CHO-IR-GLUT4)では、GLUT4はEND-TGN画分(peak2)のみに分布するが、同細胞にUbc9を過剰発現した場合にはGSV画分(peak1)が新たに出現することはなかった。一方、3T3-L1脂肪細胞を高濃度(100-500nM)のインスリンで刺激するとGLUT4発現量の減少が見られるが、このインスリン効果はリソソーム阻害剤であるバフィロマイシンA1やクロロキンにより阻害されることから、高濃度インスリンによりリソソーム分解系へのGLUT4ソーティングが促進されると考えられる。このインスリンによるGLUT4発現量の減少はUbc9の過剰発現により抑制された。Ubc9はGLUT4の分解系へのソーティングを阻止して発現量を増加させると同時にインスリン高感受性コンパートメントへのソーティングを促進することによりインスリン感受性を増強することが示唆された。

本研究ではGLUT4の細胞内シーティングに翻訳後修飾機構が関与しているのではないかという仮説を立て、GLUT4のユビキチン化・SUMO(small ubiquitin-related modifier)化等の翻訳後修飾の生理的意義について検討を行ったSUMO付加反応における縮合酵素Ubc9は3T3-L1脂肪細胞の分化に伴い発現量が著明に増加し、チアゾリジン誘導体の添加により更に発現量は増加する。3T3-L1脂肪細胞にUbc9を過剰発現するとGLUT4蛋白量の著明な増加が見られるが、Ubc9がいかなる機構によりGLUT4発現量を増加させるのか、また増加したGLUT4が細胞内のどのコンパートメントにターゲティングされるのか、その詳細は不明である。脂肪細胞にはGLUT4特異的な高インスリン感受性コンパートメントが存在し、このコンパートメントヘGLUT4がソーティングされることがイシスリン感受性の発現に重要であると考えられている。そこで、3T3-L1脂肪細胞にアデノウイルスベクターを用いてUbc9を過剰発現し、GLUT4の細胞内局在をiodixanol濃度勾配遠心法により検討した。Ubc9の過乗発現によりGLUT4発現蛋白量は約1.6-2倍に増加したがGLUT1発現量には効果がなかった。これと符合し、インスリンによるグルコース取り込みは約1.6倍に亢進した。同条件下でiodixanol濃度勾配法によりGLUT4の細胞内分布を検討した結果、GLUT4はエンドソーム-トランスゴルジ・ネットワーク(END-TGN)画分(peak2)に比べ、いわゆるGLUT4貯蔵小胞(GSV)画分・(peak1)において相対的な増加がみられたことから、Ubc9はGLUT4のGSV画分へのソーティングを促進すると考えられた。一方、インスリン受容体とGLUT4を発現したCHO細胞.(CHO-IR-GLUT4)では、GLUT4はEND-TGN画分(peak2)のみに分布するが、同細胞にUbc9を過剰発現した場合にはGSV画分(peak1)が新たに出現することはなかった。一方、3T3-L1脂肪細胞を高濃度(100-500nM)のインスリンで刺激するとGLUT4発現量の減少が見られるが、このインスリン効果はリソソーム阻害剤であるバフィロマイシンA1やクロロキンにより阻害されることから、高濃度インスリンによりリソソーム分解系へのGLUT4ソーティングが促進されると考えられる。このインスリンによるGLUT4発現量の減少はUbc9の過剰発現により抑制された。Ubc9はGLUT4の分解系へのソーティングを阻止して発現量を増加させると同時にインスリン高感受性コンパートメントへのソーティングを促進することによりインスリン感受性を増強することが示唆された。