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2015年06月11日
R3 RPTPサブファミリーがインスリン受容体の働きを抑制している 〜糖尿病の新しい治療薬開発の可能性〜

 基礎生物学研究所・統合神経生物学研究部門の新谷隆史准教授と野田昌晴教授らは、受容体様タンパク質チロシン脱リン酸化酵素(RPTP)のR3サブファミリーに属する分子群が、インスリン受容体(細胞膜に存在するタンパク質で、インスリンが結合して細胞内にその情報を伝える分子)の働きを抑えていることを見出しました。さらに、マウスを用いた実験で、R3サブファミリーメンバーのひとつであるPtprjが、実際にインスリン受容体の働きを調節することで、血糖値の制御に関わっていることを明らかにしました。Ptprjはインスリン受容体の働きを抑制することが明らかになった最初のRPTPです。

 インスリンは血糖値を一定に保つことを主な役割とし、体内でとても重要な役割を果たしています。インスリンの働きが悪くなると、糖尿病やそれに関連した様々な疾患を発症することが知られています。今回の研究成果は、インスリンの働きを制御する新たな仕組みを明らかにするとともに、R3 RPTPサブファミリーに対する阻害剤が糖尿病の治療薬になる可能性を明らかにしたものです。本研究成果は、日本時間6月11日にJournal of Biochemistryにオンライン掲載されます。

 

[研究背景]

 インスリンは、膵臓から分泌されるホルモンであり、主に血糖値を下げる働きをしています。インスリンは細胞膜に存在するインスリン受容体に結合します。インスリンが結合するとインスリン受容体はその細胞内部分に存在する特定のチロシン(タンパク質を作っているアミノ酸の一つ)を自己リン酸化することで活性化し、細胞内へ情報を伝えます。この情報に従って細胞は、血液中から細胞内への糖の取り込みを増加させエネルギー源として利用を開始します。

 統合神経生物学研究部門では、これまでに様々なRPTPの生理機能を明らかにする研究を進めてきました。RPTPはタンパク質のチロシンに付いたリン酸を外す(脱リン酸化する)酵素で、細胞膜に存在しています(図1)。研究グループは、Ptprb, Ptprh, PtprjおよびPtproの4つのRPTPから成るR3 RPTPサブファミリーが、様々な生理活性物質の受容体を脱リン酸化することで、これらの受容体の働きを制御していることを見出していました。

 

[研究成果]

 インスリン受容体の働きを制御しているRPTPの存在は推測されていましたが、永らく不明でした。研究グループは、今回、R3 RPTPサブファミリーがインスリン受容体を脱リン酸化することで、その働きを抑制していることを見出しました。R3 RPTPサブファミリーは、インスリン受容体の活性化と情報伝達に必要なリン酸化チロシンを脱リン酸化することで、効率的にインスリン受容体の活性化を抑えていると考えられます(図2)。

 R3 RPTPsのひとつのPtprjはインスリンの標的器官である、肝臓、筋肉、脂肪組織においてインスリン受容体と共に発現しています。そこでPtprjの遺伝子欠損マウス(Ptprjの発現を欠失したマウス)を調べたところ、野生型マウス(正常なマウス)に比べてPtprj遺伝子欠損マウスにおいては、インスリン受容体の活性化が亢進していることが分かりました(図3)。このため、マウスにグルコースを投与すると、野生型マウスに比べてPtprj遺伝子欠損マウスにおいて、より速やかに血糖値が低下しました(図4A)。一方、インスリンを投与すると、野生型マウスよりもPtprj遺伝子欠損マウスにおいて、より血糖値が低下しました(図4B)。これらの結果は、Ptprj遺伝子欠損マウスではPtprjによるインスリン受容体に対する抑制が無いため、インスリンに対する感受性が大きくなっており、血糖を速やかに除去することができることを示しています。

 

[成果の意義]

 健康な人では、食後に血糖値が上昇してもインスリンの作用によって血液から糖が様々な臓器の細胞に取り込まれ利用されることによって、血糖値が低下します。一方、糖尿病患者では、インスリン分泌能の減少やインスリン受容体の働きの低下によって常に血糖値が高い状態になっています。高血糖を放置すると、糖尿病性神経障害や網膜症、腎症、また動脈硬化などの合併症を引き起こす原因となります。

 糖尿病の治療薬として、インスリンそのものや、膵臓からのインスリンの分泌を促進する薬、腸管からの糖の吸収を邪魔する薬などが使用されています。今回、R3 RPTPサブファミリーがインスリン受容体の働きを抑制していることが明らかになったことにより、R3 RPTPサブファミリーを阻害する薬剤は新しい糖尿病の治療薬となりうることが判りました。すなわち、R3 RPTPサブファミリーの活性を阻害することによってインスリン受容体に対する抑制が解除され、その結果、少ないインスリンでもインスリン受容体が充分に活性化し、高血糖を改善することができると考えられます。今後、R3 RPTPサブファミリー分子を標的とする薬剤が、糖尿病の治療薬として開発されることが期待されます。

 

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図1 受容体様タンパク質脱リン酸化酵素(RPTP)ファミリー 

人には21のRPTP遺伝子が存在しています。構造上の類似性から、RPTPは8つのサブファミリーに分類されます。RPTPは特定のリン酸化タンパク分子を脱リン酸化することで生理機能を発揮しますが、これまでその多くについて、どのようなタンパク分子を脱リン酸化するかが不明であったため、その生理的役割はよく分かっていません。研究グループは、R3 RPTPサブファミリーがどのようなタンパク質を脱リン酸化するかを解析しました。

 

 

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図2 R3 RPTPsはインスリン受容体の活性化と情報伝達に必須なリン酸化チロシンを脱リン酸化する

R3 RPTPサブファミリーはインスリン受容体の960番目と1146番目のリン酸化チロシンを好んで脱リン酸化することが分かりました。1146番目のチロシンのリン酸化はインスリン受容体の活性化に必須であり、一方、960番目のチロシンのリン酸化は、インスリンの情報伝達を担うインスリン受容体基質(IRS)の活性化に必須の役割を果たしています。R3 RPTPサブファミリーはこれらのリン酸化チロシンを脱リン酸化することで、効率的にインスリン受容体の活性化と情報伝達を抑制していると考えられます。

 

 

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図3 Ptprj遺伝子欠損マウスにおけるインスリン受容体の活性増加

マウスの腹腔にインスリンを投与し、肝臓におけるインスリン受容体のチロシンのリン酸化を調べると、Ptprj遺伝子欠損マウス(KO)では、野生型(WT)マウスに比べて、インスリン受容体のチロシンリン酸化(活性化)が増加していることが明らかになりました。

 

 

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図4 Ptprj遺伝子欠損マウスではインスリンのはたらきが増強している

(A) 糖負荷試験の結果。 マウスの腹腔にグルコースを投与し、血糖値の変化を調べると、野生型(WT)マウスよりもPtprj遺伝子欠損マウス(KO)において、より速やかに血糖値が低下することが分かりました。この結果は、Ptprj遺伝子欠損マウスにおいては増加した糖を血中より取り除く能力が増強していることを示しています。 (B) インスリン負荷試験の結果。 マウスの腹腔にインスリンを投与し、血糖値の変化を調べると、野生型(WT)マウスよりもPtprj遺伝子欠損マウス(KO)において、より血糖値が低下することが分かりました。この結果は、Ptprj遺伝子欠損マウスにおいてはインスリンのはたらきが増強していることを示しています。

 

[掲載紙情報]

生化学専門誌 Journal of Biochemistry 6月11日にオンライン版先行掲載

論文タイトル:The R3 receptor-like protein-tyrosine phosphatase subfamily inhibits insulin signaling by dephosphorylating the insulin receptor at specific sites.

著者:Takafumi Shintani, Satoru Higashi, Yasushi Takeuchi, Eugenio Gaudio, Francesco Trapasso, Alfredo Fusco & Masaharu Noda.

 

[研究サポート]

本研究は、文部科学省科学研究費助成事業等の支援を受けて行われました。

 

[研究グループ]

本研究は、基礎生物学研究所 統合神経生物学研究部門の野田昌晴教授と新谷隆史准教授が中心となって実施されました。イタリアのグループの貢献は遺伝子欠損マウスの提供に限られます。

 

[本研究に関するお問い合わせ先]

基礎生物学研究所 統合神経生物学研究部門

教授:野田 昌晴 (ノダ マサハル)

TEL: 0564-59-5846

E-mail: madon@nibb.ac.jp

 

[報道担当]

基礎生物学研究所 広報室

TEL: 0564-55-7628

FAX: 0564-55-7597

E-mail: press@nibb.ac.jp