リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

リケラボ 全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索するならリケラボ論文検索大学・研究所にある論文を検索できる

大学・研究所にある論文を検索できる 「体組成の性差構築における骨格筋性ステロイド受容体の意義に関する研究」の論文概要。リケラボ論文検索は、全国の大学リポジトリにある学位論文・教授論文を一括検索できる論文検索サービスです。
リケラボ

コピーが完了しました

URLをコピーしました

論文の公開元へ論文の公開元へ
書き出し

体組成の性差構築における骨格筋性ステロイド受容体の意義に関する研究

小田, 彩 東京大学 DOI:10.15083/0002002395

2021.10.13

概要

【背景・目的】
　関節リウマチや痛風など有病率に性差を認める疾患は結構多く、その性差メカニズムの解明は個別化医療の発展に必須である。性差は多くの因子によって多段階的かつ複雑に形成されることが明らかになりつつあり、とりわけ性ステロイドホルモンとその受容体制御系の性差構築に果たす役割は大きいと考えられている。
　体組成は、脂肪、筋、骨、水分などからなり、筋量や骨量は男性に多く、女性は皮下脂肪、男性は内臓脂肪がそれぞれ多いといった顕著な性差がある。さらに、脂肪増加や筋量減少を背景とした肥満、糖尿病、脂質異常は男性に多く、女性でも閉経後に増加する。
　骨格筋は、ヒトにおいて最大の臓器であり、エネルギーの産生、消費、貯蔵の場として重要である。筋量、筋力のほか筋線維タイプにも性差が知られ、それによりエネルギーの供給源も異なる。しかし、他の主要代謝臓器である肝臓、脂肪に比して、骨格筋における性差の意義に関する知見は乏しい。
　近年我々は、生体恒常性維持に必須のホルモンであるグルココルチコイド（GC）とそ の受容体であるグルココルチコイド受容体（GR）が、骨格筋において、筋—肝—脂肪代謝連関および体組成を調節する鍵分子であることを、骨格筋特異的 GR ノックアウトマウス（GRmKO）の解析より明らかにした。また、性ステロイドホルモンであるエストロゲンーER 制御系およびアンドロゲンーAR 制御系が GC-GR 制御系と相互作用して、様々な生体調節機構を調節している証左も蓄積しつつある。
　そこで本研究では、特に骨格筋における性ステロイド受容体制御系と GC-GR 制御系のはたらきに着目して、体組成の性差構築機構を明らかにし、体組成異常を要因とした疾患発症メカニズムやその性差メカニズムを解明する基盤を構築することを目的とした。

【方法】
　１）細胞：マウス骨格筋線維芽細胞由来の細胞株 C2C12 細胞を用いた。
　２）マウス：本研究は、東京大学動物実験実施規則、東京大学動物実験実施マニュアルを遵守して行われ、東京大学第二種使用等拡散防止措置の機関承認（承認番号 K13-19, K18- 15）、東京大学医科学研究所動物実験センターでの実験許可（承認番号 PH14-34, PH15-16, PH15-24, PH16-11, PH16-13, PH16-26, PA18-26）を取得して行われた。骨格筋特異的 GR ノックアウトマウス（GRmKO）、ER ノックアウトマウス（ERmKO）、AR ノックアウトマウス（ARmKO）を各受容体 flox マウスと ACTA1-cre トランスジェニックマウスを交配して作出した。さらにこれらのマウスを交配させ、骨格筋 ERGR ダブルノックアウトマウス（ERGRmKO）、骨格筋 ARGR ダブルノックアウトマウス（ARGRmKO）を作出した。
　４）性ホルモン除去モデル：エストロゲン除去モデルとして卵巣摘除モデル (OVX) を、アンドロゲン除去モデルとして精巣摘除モデル (ORX) を既報に基づいて作製した。 ５）定量的リアルタイム PCR（qRT-PCR）解析：mRNA 発現量の定量的解析は、回収した細胞もしくは凍結破砕組織を用いて抽出した全 RNA を鋳型に cDNA を合成し、定量的リアルタイム PCR（qRT-PCR）によって行った。 ６）ルシフェラーゼアッセイ（レポーターアッセイ）：C2C12 細胞におけるルシフェラーゼアッセイは、リポフェクション法による一過性遺伝子導入を用いて行った。 ７）ウエスタンブロット法：回収した細胞もしくは凍結破砕組織を RIPA buffer で溶解して、全細胞抽出液を調整し、SDS-PAGE 後 PVDF 膜へ転写し、各種抗体を用いて ECL 法で発光させ解析した。
　８）DNA マイクロアレイ解析：DNA マイクロアレイ解析は 3D-GENE (TORAY)を利用した受託解析(TORAY)により行った。
　９）統計学的解析；データはすべて、Student t 検定により解析した。P 値が 0.05 未満の場合、統計学的に有意とした。同一実験内の有意差検定が２回以上の場合は、Bonferroni法（検定総数が N の場合、それぞれの検定の有意水準をαからα/N に変更する）により補正した。

【結果】
１，性ステロイドホルモンが骨格筋 GR に与える影響およびGC が骨格筋 ER、AR に与える影響—培養筋芽細胞における解析
　筋芽細胞において、GR、ER、AR の細胞内局在は受容体特異的リガンド以外の影響を受けなかった。エストロゲン、アンドロゲンは GRE 依存性転写活性に対する直接の活性化作用を有さないものの、GC 依存性転写活性化作用には、何らかの影響を与える可能性が示され、GC-GR 制御系とエストロゲン-ER 制御系、アンドロゲン-AR 制御系との相互作用が骨格筋において存在する可能性が示唆された。

２，骨格筋 GR 発現量低下および性ステロイドホルモン低下による体組成の変容に与える性ステロイドホルモンおよび骨格筋 GR の影響の解析
　１）エストロゲンによる骨格筋・脂肪量/体組成調節作用には骨格筋 GR が関与し、骨格筋 GR による骨格筋・脂肪量/体組成調節作用にもエストロゲンが関与している可能性が示唆された。
　２）骨格筋 GR 標的遺伝子の一部の発現が循環エストロゲン濃度による影響を受ける可能性がマウス骨格筋においても示された。
　３）アンドロゲンによる骨格筋・脂肪量/体組成調節作用には骨格筋 GR が関与し、GR による骨格筋・脂肪量/体組成調節作用にもアンドロゲンが関与している可能性が示唆された。

３，骨格筋遺伝子発現に与える性の影響および、骨格筋 GR 発現量低下による骨格筋遺伝子発現の変容に与える性の影響の解析
　骨格筋遺伝子発現が飢餓ストレスや骨格筋 GR 発現量の影響を受けることが示された。これらの遺伝子発現パターンには雌雄差を認めるものもあるが、多くは雌雄共通の発現パターンを示した。
　骨格筋の遺伝子発現においては、通常飼育では、大多数の遺伝子発現が雌雄で同程度の発現量を示した。一方で、オス優位の遺伝子群、メス優位の遺伝子群が存在し、それらの遺伝子群は骨格筋における GR の発現量によって変容することが明らかとなった。
　骨格筋において発現に雌雄差を有する未知の GR 標的遺伝子の存在を想定し、絶食によって発現が一定以上増加した遺伝子を GR 標的遺伝子候補として抽出、定義した。結果、 GR 標的遺伝子は雌雄共通のものが多い一方、オスメス各々に特異的な遺伝子も存在し、その数はメスの方が多いことが示された。また、既知の骨格筋における GR 標的遺伝子の発現にも性差がある可能性が示唆された。さらに、これら GR 標的遺伝子を遺伝子オントロジー解析（GO 解析）に付し、雌雄に特徴的な機能的遺伝子群を同定した。

４，体組成の変容に与える骨格筋 GR および性ステロイドホルモン受容体の影響とその相互作用の解析
　GRmKO、ERmKO、ARmKO、ERGRmKO、ARGRmKO の体重変化、臓器重量を比較し以下の結果が得られた。１）これまで、GRmKO オスでは筋量が増加し脂肪重量が低下することが知られていたが、何れもメスでは顕著ではないこと、２）ERmKO における筋量変化の報告はなかったが、骨格筋部位によって影響が異なる可能性があること、３） GRmKO、ERmKO ともに白色脂肪重量は低下傾向を示すが、ERGRmKO では逆に増加する可能性があること、４）ARmKO ではオスにおいて脂肪量が増加することが知られていたが、メスでは減少し、さらに ARGRmKO では雌雄ともに減少する可能性があること、 ５）ARGRmKO のオスは GRmKO に近い表現型を示すが、肛門挙筋・球海綿体筋の筋量は低下していること。したがって、体組成の変容に、骨格筋 GR、ER、AR は各々関与すること、また、それらの作用には性差が存在すること、骨格筋 ER-GR、骨格筋 AR-GR 間に相互作用が存在すること、が示された。

【考察】
　本研究は、体組成の性差構築機構解明の基盤を築くため、体組成変容を来すモデルである GRmKO マウスにおける性腺摘除モデル、および骨格筋における GR と ER もしくは GR とAR のダブルノックアウトマウスを用いて解析した点が特徴である。本研究により、骨格筋 GR、ER、AR それぞれの体組成変容に対する作用には性差があること、骨格筋 ER-GR 間、骨格筋 AR-GR 間には相互作用があることが示唆された。既に他臓器ではこれら受容体の間において、エピジェネティックな調節、他のホルモンを介した作用など様々な相互作用機構の存在が示されており、全身の代謝を踏まえた骨格筋 ER-GR 間、骨格筋 AR-GR 間相互作用の詳細を解析することが課題である。
　性ステロイドホルモン制御系は生殖腺の分化や生殖機能の獲得、繁殖行動、妊娠、出 産、生殖機能の喪失などのタイミングでダイナミックに変動する特徴を有する。GC-GR制御系は生命維持に必須の役割を有し、一生涯に渡り厳格に調整されている。したがっ て、様々なライフステージにおいて変動する性ステロイドホルモン制御系によるダイナミックな生体制御を GC-GR 系が精緻に制御しつつ、一方で、生態系として必要な性差を維持している可能性が考えられた。これらの制御系のバランスの異常は、疾患の発症あるいは疾患の性差に関係すると考えられ、本研究により得られた成果は、体組成の性差構築機構解明の端緒となるとともに、代謝疾患の病態理解と治療法開発に寄与する可能性が示された。

論文の公開元へ

この論文で使われている画像

関連論文

関連論文をもっと見る

参考文献

1. Regitz-Zagrosek V: Sex and gender differences in health. Science & Society Series on Sex and Science. EMBO Rep 2012, 13(7):596-603.

2. Danska JS: Sex matters for mechanism. Sci Transl Med 2014, 6(258):258fs240.

3. Franconi F, Brunelleschi S, Steardo L, Cuomo V: Gender differences in drug responses. Pharmacol Res 2007, 55(2):81-95.

4. Mauvais-Jarvis F, Arnold AP, Reue K: A Guide for the Design of Pre-clinical Studies on Sex Differences in Metabolism. Cell Metab 2017, 25(6):1216-1230.

5. Clayton JA, Collins FS: Policy: NIH to balance sex in cell and animal studies.Nature 2014, 509(7500):282-283.

6. Regitz-Zagrosek V, Kararigas G: Mechanistic Pathways of Sex Differences in Cardiovascular Disease. Physiol Rev 2017, 97(1):1-37.

7. Kim Y, Yang GR, Pradhan K, Venkataraju KU, Bota M, García Del Molino LC, Fitzgerald G, Ram K, He M, Levine JM et al: Brain-wide Maps Reveal Stereotyped Cell-Type-Based Cortical Architecture and Subcortical Sexual Dimorphism. Cell 2017, 171(2):456-469.e422.

8. Cypess AM, Lehman S, Williams G, Tal I, Rodman D, Goldfine AB, Kuo FC, Palmer EL, Tseng YH, Doria A et al: Identification and importance of brown adipose tissue in adult humans. N Engl J Med 2009, 360(15):1509-1517.

9. Mauvais-Jarvis F: Estrogen and androgen receptors: regulators of fuel homeostasis and emerging targets for diabetes and obesity. Trends Endocrinol Metab 2011, 22(1):24-33.

10. Khosla S, Melton LJ, Atkinson EJ, O'Fallon WM, Klee GG, Riggs BL: Relationship of serum sex steroid levels and bone turnover markers with bone mineral density in men and women: a key role for bioavailable estrogen. J Clin Endocrinol Metab 1998, 83(7):2266-2274.

11. Arnal JF, Lenfant F, Metivier R, Flouriot G, Henrion D, Adlanmerini M, Fontaine C, Gourdy P, Chambon P, Katzenellenbogen B et al: Membrane and Nuclear Estrogen Receptor Alpha Actions: From Tissue Specificity to Medical Implications. Physiol Rev 2017, 97(3):1045-1087.

12. Cohen S, Nathan JA, Goldberg AL: Muscle wasting in disease: molecular mechanisms and promising therapies. Nat Rev Drug Discov 2015, 14(1):58-74.

13. Palmer BF, Clegg DJ: The sexual dimorphism of obesity. Mol Cell Endocrinol 2015, 402:113-119.

14. Lundsgaard AM, Kiens B: Gender differences in skeletal muscle substrate metabolism - molecular mechanisms and insulin sensitivity. Front Endocrinol (Lausanne) 2014, 5:195.

15. Gabriel BM, Zierath JR: The Limits of Exercise Physiology: From Performance to Health. Cell Metab 2017, 25(5):1000-1011.

16. Haizlip KM, Harrison BC, Leinwand LA: Sex-based differences in skeletal muscle kinetics and fiber-type composition. Physiology (Bethesda) 2015, 30(1):30-39.

17. Mauvais-Jarvis F, Clegg DJ, Hevener AL: The role of estrogens in control of energy balance and glucose homeostasis. Endocr Rev 2013, 34(3):309-338.

18. Chang C, Yeh S, Lee SO, Chang TM: Androgen receptor (AR) pathophysiological roles in androgen-related diseases in skin, bone/muscle, metabolic syndrome and neuron/immune systems: lessons learned from mice lacking AR in specific cells. Nucl Recept Signal 2013, 11:e001.

19. Ribas V, Drew BG, Zhou Z, Phun J, Kalajian NY, Soleymani T, Daraei P, Widjaja K, Wanagat J, de Aguiar Vallim TQ et al: Skeletal muscle action of estrogen receptor α is critical for the maintenance of mitochondrial function and metabolic homeostasis in females. Sci Transl Med 2016, 8(334):334ra354.

20. Collins BC, Mader TL, Cabelka CA, Iñigo MR, Spangenburg EE, Lowe DA: Deletion of estrogen receptor α in skeletal muscle results in impaired contractility in female mice. J Appl Physiol (1985) 2018, 124(4):980-992.

21. Dubois V, Simitsidellis I, Laurent MR, Jardi F, Saunders PT, Vanderschueren D, Claessens F: Enobosarm (GTx-024) Modulates Adult Skeletal Muscle Mass Independently of the Androgen Receptor in the Satellite Cell Lineage. Endocrinology 2015, 156(12):4522-4533.

22. Dubois V, Laurent MR, Sinnesael M, Cielen N, Helsen C, Clinckemalie L, Spans L, Gayan-Ramirez G, Deldicque L, Hespel P et al: A satellite cell-specific knockout of the androgen receptor reveals myostatin as a direct androgen target in skeletal muscle. FASEB J 2014, 28(7):2979-2994.

23. Ophoff J, Van Proeyen K, Callewaert F, De Gendt K, De Bock K, Vanden Bosch A, Verhoeven G, Hespel P, Vanderschueren D: Androgen signaling in myocytes contributes to the maintenance of muscle mass and fiber type regulation but not to muscle strength or fatigue. Endocrinology 2009, 150(8):3558-3566.

24. Shimizu N, Yoshikawa N, Ito N, Maruyama T, Suzuki Y, Takeda S, Nakae J, Tagata Y, Nishitani S, Takehana K et al: Crosstalk between glucocorticoid receptor and nutritional sensor mTOR in skeletal muscle. Cell Metab 2011, 13(2):170-182.

25. Shimizu N, Maruyama T, Yoshikawa N, Matsumiya R, Ma Y, Ito N, Tasaka Y, Kuribara-Souta A, Miyata K, Oike Y et al: A muscle-liver-fat signalling axis is essential for central control of adaptive adipose remodelling. Nat Commun 2015, 6:6693.

26. Vahrenkamp JM, Yang CH, Rodriguez AC, Almomen A, Berrett KC, Trujillo AN, Guillen KP, Welm BE, Jarboe EA, Janat-Amsbury MM et al: Clinical and Genomic Crosstalk between Glucocorticoid Receptor and Estrogen Receptor α In Endometrial Cancer. Cell Rep 2018, 22(11):2995-3005.

27. Yang F, Ma Q, Liu Z, Li W, Tan Y, Jin C, Ma W, Hu Y, Shen J, Ohgi KA et al: Glucocorticoid Receptor:MegaTrans Switching Mediates the Repression of an ERα-Regulated Transcriptional Program. Mol Cell 2017, 66(3):321-331.e326.

28. Cvoro A, Yuan C, Paruthiyil S, Miller OH, Yamamoto KR, Leitman DC: Cross talk between glucocorticoid and estrogen receptors occurs at a subset of proinflammatory genes. J Immunol 2011, 186(7):4354-4360.

29. Quinn MA, Xu X, Ronfani M, Cidlowski JA: Estrogen Deficiency Promotes Hepatic Steatosis via a Glucocorticoid Receptor-Dependent Mechanism in Mice. Cell Rep 2018, 22(10):2690-2701.

30. Arora VK, Schenkein E, Murali R, Subudhi SK, Wongvipat J, Balbas MD, Shah N, Cai L, Efstathiou E, Logothetis C et al: Glucocorticoid receptor confers resistance to antiandrogens by bypassing androgen receptor blockade. Cell 2013, 155(6):1309-1322.

31. Jones A, Hwang DJ, Narayanan R, Miller DD, Dalton JT: Effects of a novel selective androgen receptor modulator on dexamethasone-induced and hypogonadism-induced muscle atrophy. Endocrinology 2010, 151(8):3706-3719.

32. Yoshikawa N, Nagasaki M, Sano M, Tokudome S, Ueno K, Shimizu N, Imoto S, Miyano S, Suematsu M, Fukuda K et al: Ligand-based gene expression profiling reveals novel roles of glucocorticoid receptor in cardiac metabolism. Am J Physiol Endocrinol Metab 2009, 296(6):E1363-1373.

33. Tronche F, Kellendonk C, Kretz O, Gass P, Anlag K, Orban PC, Bock R, Klein R, Schütz G: Disruption of the glucocorticoid receptor gene in the nervous system results in reduced anxiety. Nat Genet 1999, 23(1):99-103.

34. Miniou P, Tiziano D, Frugier T, Roblot N, Le Meur M, Melki J: Gene targeting restricted to mouse striated muscle lineage. Nucleic Acids Res 1999, 27(19):e27.

35. Dupont S, Krust A, Gansmuller A, Dierich A, Chambon P, Mark M: Effect of single and compound knockouts of estrogen receptors alpha (ERalpha) and beta (ERbeta) on mouse reproductive phenotypes. Development 2000, 127(19):4277- 4291.

36. Sato T, Matsumoto T, Kawano H, Watanabe T, Uematsu Y, Sekine K, Fukuda T, Aihara K, Krust A, Yamada T et al: Brain masculinization requires androgen receptor function. Proc Natl Acad Sci U S A 2004, 101(6):1673-1678.

37. Uhlén M, Fagerberg L, Hallström BM, Lindskog C, Oksvold P, Mardinoglu A, Sivertsson Å, Kampf C, Sjöstedt E, Asplund A et al: Proteomics. Tissue-based map of the human proteome. Science 2015, 347(6220):1260419.

38. Smith CM, Hayamizu TF, Finger JH, Bello SM, McCright IJ, Xu J, Baldarelli RM, Beal JS, Campbell J, Corbani LE et al: The mouse Gene Expression Database (GXD): 2019 update. Nucleic Acids Res 2019, 47(D1):D774-D779.

39. Shah K, McCormack CE, Bradbury NA: Do you know the sex of your cells? Am J Physiol Cell Physiol 2014, 306(1):C3-18.

40. Ogawa S, Chan J, Gustafsson JA, Korach KS, Pfaff DW: Estrogen increases locomotor activity in mice through estrogen receptor alpha: specificity for the type of activity. Endocrinology 2003, 144(1):230-239.

41. Longo VD, Mattson MP: Fasting: molecular mechanisms and clinical applications.Cell Metab 2014, 19(2):181-192.

42. Hewitt SC, Li L, Grimm SA, Winuthayanon W, Hamilton KJ, Pockette B, Rubel CA, Pedersen LC, Fargo D, Lanz RB et al: Novel DNA motif binding activity observed in vivo with an estrogen receptor α mutant mouse. Mol Endocrinol 2014, 28(6):899-911.

43. Swinstead EE, Miranda TB, Paakinaho V, Baek S, Goldstein I, Hawkins M, Karpova TS, Ball D, Mazza D, Lavis LD et al: Steroid Receptors Reprogram FoxA1 Occupancy through Dynamic Chromatin Transitions. Cell 2016, 165(3):593-605.

44. Della Torre S, Mitro N, Meda C, Lolli F, Pedretti S, Barcella M, Ottobrini L, Metzger D, Caruso D, Maggi A: Short-Term Fasting Reveals Amino Acid Metabolism as a Major Sex-Discriminating Factor in the Liver. Cell Metab 2018, 28(2):256-267.e255.

45. van Nas A, Guhathakurta D, Wang SS, Yehya N, Horvath S, Zhang B, Ingram- Drake L, Chaudhuri G, Schadt EE, Drake TA et al: Elucidating the role of gonadal hormones in sexually dimorphic gene coexpression networks. Endocrinology 2009, 150(3):1235-1249.

46. Liu D, Sartor MA, Nader GA, Pistilli EE, Tanton L, Lilly C, Gutmann L, IglayReger HB, Visich PS, Hoffman EP et al: Microarray analysis reveals novel features of the muscle aging process in men and women. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 2013, 68(9):1035-1044.

47. Lindholm ME, Huss M, Solnestam BW, Kjellqvist S, Lundeberg J, Sundberg CJ: The human skeletal muscle transcriptome: sex differences, alternative splicing,and tissue homogeneity assessed with RNA sequencing. FASEB J 2014, 28(10):4571-4581.

48. Welle S, Tawil R, Thornton CA: Sex-related differences in gene expression in human skeletal muscle. PLoS One 2008, 3(1):e1385.

49. Quinn MA, Cidlowski JA: Endogenous hepatic glucocorticoid receptor signaling coordinates sex-biased inflammatory gene expression. FASEB J 2016, 30(2):971- 982.

50. Dubois V, Laurent MR, Jardi F, Antonio L, Lemaire K, Goyvaerts L, Deldicque L, Carmeliet G, Decallonne B, Vanderschueren D et al: Androgen Deficiency Exacerbates High-Fat Diet-Induced Metabolic Alterations in Male Mice. Endocrinology 2016, 157(2):648-665.

参考文献をもっと見る