動物の成長を司るホルモン,
インスリン様成長因子I
高橋伸一郎 ・竹中麻子 ・野口
忠
動物の成長は,外 界あるいは体内の環境の変化に応答して合目的的に制御されている。動
物の成長の重要なプロセスのひとつである蛋白質代謝もその例にもれず,摂 取する蛋白質
に応答して調節されている。蛋白質代謝の調節には多くのホルモンの関与が古くから報告
されているが,近 年になり,イ ンスリン様成長因子I(IGF-I)が この調節に重要な役割を
果たしていることが明らかとなってきた。そこで本稿では,IGF-Iに 関する最近の知見を
紹介するとともに,IGF-Iの 体蛋白質代謝における役割について考える。
【イ ン ス リ ン様 成 長 因 子 】 【イ ン ス リ ン様 成 長 因 子 結 合 蛋 白 質 】 【イ ン ス リ ン様 成 長 因 子 レ セ プ タ ー 】 【蛋 白 質 代 謝 】 は じめ に イ ン ス リ ン 様 成 長 因 子(insulin-1ikegrowth factor;IGF)は,構 造 が プ ロ イ ン ス リ ン に き わ め て 類 似 し た ペ プ チ ド ホ ル モ ン で,多 くの 組 織 や 細 胞 の 増 殖 ・ 分 化 を 促 進 す る こ と が 知 ら れ て い る 。IGF発 見 に 至 る まで の 研 究 に は,歴 史 的 に3つ の 大 き な 流 れ が あ る 。 ま ず,IGFは,成 長 ホ ル モ ン の 働 き を 部 分 的 に 仲 介 す る ホ ル モ ン(somatomedin)と し て 発 見 さ れ,単 離 ・精 製 が 試 み ら れ た1)。 ま た,IGFは,血 漿 中 の 抗 イ ン ス リ ン抗 体 で は 中 和 で き な い イ ン ス リン 様 活 性 物 質(nonsup-pressible insulin-like activity;NSILA)と し て2),さ ら に,血 漿 中 や 細 胞 培 養 液 中 に 存 在 す る 新 し い 細 胞 増 殖 因 子(multiplication stimulating activity;MSA) と し て3),単 離 ・精 製 の 努 力 が 続 け ら れ た 。1978年 に, この よ う なsomatomedin/NSILA/MSA活 性 の 本 体 で あ る2種 類 の ペ プ チ ドが 単 離 さ れ,現 在 で は,こ れ ら はIGF-Iお よ びIGF-IIと よ ば れ て い る4∼6)。 図1に,IGFお よびIGFの 作 用 に影 響 す る と考 え ら れ るIGF関 連 蛋 白質 を模 式 的 に 示 した 。IGFは ペ プチ ド ホ ル モ ンで あ る に も か か わ ら ず,体 液 中 で 特 異 的 な結 合 蛋 白質(insulin-like growth factor binding
pro-tein;IGFBP)と 会 合 して 存 在 し て い る7,8)。また,IGF は,そ れ ぞ れ の リガ ン ドに特 異 的 な レ セ プ タ ー と結 合 し9∼11),糖 ・ア ミノ 酸 の膜 透 過 の 促 進 な ど代 謝 性 生 理 活 性 を発 現 す る ほ か に,細 胞 増 殖 ・細 胞 分 化 な ど を強 く 促 進 す る。 こ の よ う に,IGFは,き わ め て 複 雑 か つ 特 徴 的 な 作 用 調 節 機 構 を有 し,基 礎 研 究 の観 点 か ら,活 発 に研 究 が 進 め ら れ て い る。 さ ら に,IGFは,現 在 ま で に 多 くの 疾 病 と の 関 連 も報 告 され て お り,臨 床 的 に も興 味 深 い ホ ル モ ンで あ る12)。 こ の よ うな 現 状 をふ ま え,本 稿 で は,と くにIGF-I, IGFBPお よびIGFレ セ プ タ ーの 基 本 的 な生 化 学 的 性 質 お よ び そ の 合 成 ・分 泌 制 御 機 構 に つ い て 概 観 す る と と
Shin-Ichiro Takahashi,Asako Takenaka*,TadashiNoguchi*,東 京 大 学 大 学 院 農 学 生 命 科 学 研 究 科 応 用 動 物 科 学 専 攻 動 物 細 胞 制 御 学 研 究 室,*応 用 生 命 化 学 専 攻 栄 養 化 学 研 究 室(〒113東 京 都 文 京 区 弥 生1-1-1)[Laboratory of Cell Regulation,Department of Applied Animal Sciences,and*Laboratory of Nutritional Biochemistry,Department of Applied Biological Chemistry,Division of Agriculture and Life Sciences,The University of Tokyo,Yayoi,Bunkyo-ku,Tokyo 113,Japan]
Insulin-like Growth Factor-I Controls AnimalG rowth
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60 蛋 白質 核 酸 酵 素Vol,41No.3(1996)
図1IGFお よ び ＩGF関 連 の 蛋 白 質
IGFに はIGF-Iお よ び-GF-IIと い う2つ の 分 子 種 が 存 在 す る 。 体 液 中 でIGFは6種 類 のIGFBPと 結 合 し て い る 。 さ ら に,IGFは 標 的 細 胞 で 特 異 的 レ セ プ タ ー と 会 合 し,生 理 作 用 を 発 現 す る 。 こ れ ら の 蛋 白 質 の 詳 細 に つ い て は 後 述 す る 。RGD:イ ン テ グ リ ン が 認 識 す るRGD 配 列,ALS:acidlabile subunit,TK:チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ,α,β:α,β サ ブ ユ ニ ッ ト。()内 は 分 子 量 を 示 す 。 も に,動 物 の 成 長 と い っ た 生 命 の 基 本 的 な 過 程 に お け るIGF-IとIGFBPの 生 理 的 意 義 につ いて,筆 者 らの研 究 成 果 を 中 心 に 最 近 の 知 見 を 紹 介 し た い。IGF-I, IGFBPお よ びIGFレ セ プ タ ー に つ い て は,近 年,と く に 多 くの 総 説 ・著 書 が 書 か れ て お り,本 稿 で 十 分 触 れ られ な か っ た 部 分 に つ い て は,そ れ ら を参 照 して い た だ けれ ば 幸 い で あ る7,8,11∼22)。 I.イ ンス リン様 成 長 因 子I(IGF-I) ヒ トIGF-Iは,70ア ミノ酸 残 基 か らな る分 子 量 約7.5 Kの 単 鎖 の ペ プ チ ドホ ル モ ンで あ る 。 図2に 示 す よ う に成 熟IGF-Iは4ド メ イ ンか らな り,と くに,B,Aド メ イ ン に つ い て は,ア ミノ酸 配 列 がIGF-IIお よ び イ ン ス リ ン と相 同 性 が 高 い こ とが 知 られ て い る 。 ヒ ト とラ ッ トを は じ め と し たIGF-I遺 伝 子 の 塩 基 配 列 お よ び IGF-Iペ プ チ ドの ア ミノ酸 配 列 を比 較 す る と,種 間 で も よ く保 存 され て い る こ とが わ か る。 表1に,イ ンス リ ン,IGF-Iお よびIGF-IIの 諸 性 質 を比 較 し た。 こ こで 明 らか な よ う に,IGFは イ ン ス リ ン と そ の 構 造 が類 似 して い る に もか か わ らず,多 くの 異 な る特 徴 を有 して い る。 まず,IGF-Iの 合 成 ・分 泌 は,お もに 肝 臓 で 行 なわれ て お り,肝 臓 は血 中IGF-Iの 主 要 産 生 臓 器 と考 え られ て い る23)。し か し,腎 臓 ・筋 肉 ・心 臓 な ど広 範 な臓 器 で もIGF-I遺 伝 子 の 発 現 お よ びIGF-Iペ プ チ ドの存 在が 確 認 され て い る こ とか ら23),IGF-Iは,エ ン ドク リン様 式 で 作 用 す る だ け で な く,パ ラ ク リ ン/オ ー トク リン様 式 で も生 理 作 用 を発 現 す る と推 定 され て い る 。 ま た, IGF-Iの 合 成 ・分 泌 は,成 長 ホル モ ン,イ ンス リンな ど の ホ ル モ ン に よ っ て 促 進 さ れ る。 成 長 ホ ル モ ン作 用 の 仲 介 物 質 と してIGFが 発 見 され た経 緯 は先 に述 べ たが, 現 在 で は,成 長 ホ ル モ ンの イ ン ス リン様 作 用 は,IGF-Iを 介 した 生 理 作 用 と考 え られ て い る23)。さ らに,血 中 IGF-I濃 度 は,摂 取 した食 事 中 の エ ネル ギ ーが 十 分 でな い場 合 や 摂 取 し た食 事 中 の 蛋 白質 の"量"お よ び"質" が 十 分 で な い場 合 な ど,生 体 の 栄 養 状 態 の 悪 化 に伴 っ て 減 少 す る こ とが 明 ら か と な っ て お り,栄 養 状 態 を反
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図2プ ロ イ ン ス リ ン,IGF-Iお よ びIGF-IIの ア ミ ノ 酸 配 列 プ ロ イ ン ス リ ン,IGF-Iお よ びIGF-IIの ア ミ ノ 酸 配 列 を,相 同 性 の 高 い よ う に 配 置 し た 。 表1イ ン ス リ ン,IGF-Iお よ びiGF-IIの 諸 性 質 の 比 較 映 し た ホ ル モ ン の 生 合 成 制 御 と い う ほ か の ホ ル モ ン に はみ られ な い 特 徴 を 有 し て い る13,24)。IGFの も うひ とつ の 分 子 種 で あ るIGF-IIは,ラ ッ トで は胎 児 期 にお い て と くに血 中 濃 度 が 高 く25),各 臓 器 のIGF-II遺 伝 子 発 現 量 も多 い26)。そ し て,生 後 短 期 間 の うち にIGF-II遺 伝 子 の 発 現 が 低 下 し,こ れ ら の 遺 伝 子 発 現 は成 長 ホ ル モ ン に 強 く依 存 して い な い。 これ に対 して,IGF-I遺 伝 子 の発 現 は 出 生 直 後 か ら肝 臓 を 中 心 に顕 著 に な り,こ れ に伴 い血 中IGF-I濃 度 が徐 々 に上 昇 す る27)。さ らに,こ の上 昇 は 成 長 ホ ル モ ンの 支 配 を強 く受 け て い る28)。これ らの 現 象 よ り,IGF-IIは 胎 児 の成 長 に,IGPIは 生 後 の成 長 に 関 与 す る と考 え られ て きた 。 事 実,IGF-II遺 伝 子 を ノ ッ ク ア ウ ト し た マ ウ ス の 胎 児 の 成 長 は 大 き く 遅 滞 す る こ とが 明 らか とな っ て い る29)。これ に対 して, 胎 児 期 に もあ る程 度 の 量 のIGF-Iが 生 産 され て い る こ と,さ ら にIGF-I遺 伝 子 を ノ ッ ク ア ウ トし た マ ウ ス に お い て も胎 児 の成 長 が 大 き く遅 れ る結 果 は,生 後 の 成 長 の み な ら ず 胎 児 の成 長 に お い て もIGPIが 何 らか の 重 要 な 役 割 を果 た してい る可 能 性 を示 して い る30)。一 方, ヒ トを は じめ と した 多 くの 哺 乳 動 物 で 生 後 も血 中IGF-II濃 度 が 高 い現 象 か ら,IGF-IIが 生 後 の 成 長 に も積 極 的 な 生 理 的 意 義 を有 し て い る 可 能 性 も考 え ら れ る。 こ れ ら の一 連 の 結 果 よ り,IGF-Iを は じめ とす るIGFペ プ チ ドが,動 物 の 成 長 を 司 る 重 要 な ホ ル モ ン で あ る こ とを お わ か り い た だ け る で あ ろ う。
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62 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.41No.3(1996)
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表2IGFBPの 諸 性 質 II.イ ンス リン様 成長 因 子 結合 蛋 白 質GGFBP) 先 に も述 べ た よ う に,体 液 中 で はIGFは 遊 離 型 で 存 在せず,ほ とん どがIGFBPと 結 合 して い る。 現 在 まで に,6種 類 のIGFBPの 単 離 ・精 製 が 行 な わ れ,い ず れ のIGFBPのcDNAも ク ロ ー ニ ング され て い る7)。図3 にヒ トお よび ラ ッ トのIGFBPの ア ミノ酸 配 列 を示 した が,N末 端 部 分 とC末 端 部 分 の ア ミノ酸 配 列 の相 同 性 が高 く,シ ス テ イ ン の位 置 も よ く保 存 され て い る 。 表 2に それ ぞ れ のIGFBPの 特 徴 を 示 し た が,い ず れ の IGFBPもIGF-Iお よびIGF-IIの いずれ とも結 合 し,そ の 結 合 定 数 は これ ら の ホ ル モ ン と そ れ ぞ れ の レ セ プ タ ー との 結 合 定 数 に近 い こ とが 報 告 され て い る。 しか し, そ れ ぞれ のIGFBPは 異 な った臓 器 で 生 産 され,特 有 の 生 合 成 ・分 泌 制 御 を 受 け て い る(表2)。 表1に 示 し た よ うに,IGFの 血 中 で の 寿 命 が イ ン ス リン に比 べ て著 し く長 い う え,血 中 濃 度 が イ ン ス リ ン の1,000倍 に も 達 す る事 実 は,血 中 でIGFBPがIGF-Iの 輸 送 担 体 とし て 機 能 し,IGF-Iを 生 体 内 で の 分 解 か ら守 る と と もに, IGF-Iの 生 理 活 性 をマ ス ク して い る可 能 性 を示 して い る。 培 養 細 胞 系 を 用 い た 実 験 の 条 件 よ り,そ れ ぞ れ の
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64 蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.41No.3(1996) IGFBPは,IGF-Iの 生 理 作 用 を 促 進 す る,あ る い は抑 制 す る と い う両 報 告 が あ り,現 在 まで 統 一 した 見 解 が 得 られ て い な い。 こ れ は,そ れ ぞれ のIGFBPの 性 質, す な わ ち,IGFBPの 脱 リ ン酸 化,IGFBPの プ ロ テ ア ー ゼ に よ る分 解,IGFBPの 細 胞 外 基 質(extracellular matrix;ECM)へ の 結 合 な ど に よ り,IGF-Iと の 結 合 力 が 調 節 され る結 果,IGF-Iの 生 理 活 性 に 及 ほす 影 響 が 異 な る た め と考 え ら れ て い る。 IGFBP-1は,分 子 量 約30Kの 蛋 白 質 で,C末 端 部 分 に イ ンテ グ リ ンの結 合 配 列,Arg-Gly-Asp(RGD)配 列 を有 して い る31,32)。また,こ の 蛋 白 質 にPro-Glu-Ser-Thr(PEST)配 列 が 存 在 す る こ と は,IGFBP-1の 寿 命 が 短 い こ との 一 因 と考 え られ て いる31)。また,IGFBP-1は セ リ ン残 基 が リン酸 化 さ れ る こ とが 明 らか に な っ て お り,脱 リ ン酸 化 に よ っ てIGF-Iに 対 す る親 和 性 が 低 下 す る33)。一 方,IGFBP-1の 作 用 に つ いて は,細 胞 培 養 系 を 用 い た 実 験 で は,IGF-Iの 生 理 活 性 を 促 進 す る, あ るい は抑 制 す る との 両 報 告 が あ る。IGFBP-1の 生 理 的 意 義 に つ い て は ま だ 明 らか で は な い が,栄 養 状 態 の 悪 い 場 合 や イ ンス リ ン濃 度 が 低 い場 合 に,IGFBP-1濃 度 が 上 昇 す る こ とに よ り,IGFの 成 長 促 進 作 用 や イ ン ス リ ン様 作 用 を 抑 制 して い る可 能 性 が 考 え られ て い る。 IGFBP-2は,分 子 量 約32Kの 蛋 白質 で,IGFBP-1と 同 様 にRGD配 列 を有 してい る34)。IGFBP-2は,と く にIGF-IIに 対 し て親 和 性 が 高 く,IGF-Iの 約10倍
の 親 和 性 を 示 す35)。in vitro系 で は,IGFBP-2は,
IGFの 細 胞 増 殖 促 進 活 性 を 抑 制 す る こ とが 報 告 さ れ て い る 。IGFBP-2の 生 産 は,成 長 ホル モ ン,イ ンス リン, IGFな ど に よ り制 御 され,と くに 胎 児 期 のIGFの 生 理 活 性 を 調 節 し て い る と推 定 さ れ て い る 。 IGFBP-3は,糖 鎖 を有 す る分 子 量 約45∼50Kの 蛋 白 質 で,血 中 で は,IGF-Iと 結 合 したIGFBP-3が,や
は り糖 鎖 の つ い た約85Kのacid labile subunit(ALS)
と3量 体 を形 成 し て い る。ALSは,ロ イ シ ン に富 んだ モ チー フを 有 した疎 水 性 の 糖 蛋 白 質 で,ALSはIGFBP-3と 複 合 体 を形 成 す る こ とに よ り,血 中 にお け るIGFBP -3の 寿 命 を 延 ば し て い る と考 え られ て い る36)。 血 中 で は,IGFの 大 部 分 はIGFBP-3と 会 合 して い るが,150 Kの3量 体 で は血 管 内膜 を 通 過 で き な い こ とが 報 告 さ れ て お り,血 中 のIGFBP-3はIGFの 貯 蔵 体(reser-voir)と 推 定 さ れ る14)。IGFBP-3は,IGFの 生 理 活 性 を 促 進 す る,あ る い は 抑 制 す る と い う 両 報 告 が あ る。 IGFBP-3はECMに 親 和 性 を 有 し,ECMと 結 合 す る こ と に よ りIGFに 対 す る親 和 性 が 低 下 す る こ とが知 ら れ て い る37)。し たが っ て,IGFBP-3がECMを 介 して 細 胞 表 面 に 結 合 す る こ とに よ り,IGFがIGFBP-3よ り 解 離 し,IGFの 作 用 を 発 現 す る とい う 作 業 仮 説 が考 え ら れ て い る。 ま た,妊 娠 後 期 の 母 体 あ る い は外 科 手術 後 な どの 患 者 の血 中 に は,IGFBP-3に 特 異 的 な プ ロテ ア ー ゼ の存 在 が 確 認 され て お り,こ の プ ロ テ ア ー ゼの 生 理 的 意 義 の解 析 も進 め られ て い る38∼40)。 IGFBP-4は,分 子 量 約24K,糖 鎖 が 付 加 し た場 合 に は約28Kの 蛋 白質 で あ る。 骨 細 胞 お よび 大 腸 癌 細胞 を用 い た実 験 で は,IGFBP-4は,IGFの 生 理 活 性 を抑 制 す る こ とが 報 告 され て い る41,42)。最 近 にな り,IGFBP-4に 対 す る特 異 的 な プ ロ テ ア ー ゼが 確 認 され,現 在,こ の プ ロ テ ア ー ゼ の 生 理 的 意 義 に つ い て研 究 が 進 め られ て い る43)。 IGFBP-5は,分 子 量 約30Kの 糖 蛋 白質 で44),IGF-1に 比 べ て,IGF-IIに 対 して約10倍 高 い親 和 性 を有 し て い る45)。ま た,IGFBP-5は,解 析 に用 い る細 胞 によ っ てIGFの 生 理 活 性 を促 進 す る報 告 と抑 制 す る報 告 と が あ る。 最 近,IGFBP-5に 対 す る特 異 的 な プ ロ テアー ゼ に よ るIQFBP-5の 分 解 に よ り,あ るい は,IGFBP-5がECMに 結 合 す る こ とに よりひ き起 こされ るIGFBP-5のIGFに 対 す る 親 和 性 の 低 下 な ど の 観 点 か ら, IGFBP-5の 生 理 的 意 義 につ い て と くに検 討 が進 め られ て い る46)。現 在 の と ころ,IGFBP-5は,IGFの 局 所的 な 調 節 因 子 と考 え られ て い るが,多 く の研 究 課 題 が残 さ れ て い る 。 IGFBP-6は,分 子 量 約32Kの 糖 蛋 白 質 で47),ヒ ト
のIGFBP-6の 場 合 に は,IGF-1に 比 べ て,IGF-II}こ
対 し て70倍 以 上 高 い 親 和 性 を示 す35)。IGFBP-6の 生 産 制 御 お よ び 機 能 に つ い て は,不 明 な 点 が 多 い。 III.イ ン ス リ ン様 成 長 因 子Iレ セ プタ ー 先 に も述 べ た ように,IGF-Iは,標 的 細 胞 の細 胞 膜上 に あ る 特 異 的 な レ セ プ タ ー と結 合 し,そ の 生 理 作 用 を 発 現 す る。IGFが 結 合 す る レセ プ タ ー と し て,現 在 ま で に 図4に 示 した4種 類 が 知 られ て い る。 まず,IGF-Iに 特 異 性 の高 いIGF-Iレ セ プ ター は,イ ンス リンレセ プ タ ー と相 同 性 が きわ め て 高 い こ とが 明 らか に な って い る48)。す な わ ち,IGF-1が 結 合 す る135Kの α サブ
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図4イ ン ス リ ン レ セ プ タ ー,IGF-Iレ セ プ タ ー お よ びIGHIレ セ プ タ ー の 諸 性 質 ユ ニ ッ ト と,膜 貫 通 ドメ イ ン お よ び チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ ドメ イ ンを 有 す る95Kの β サ ブユ ニ ッ トが ジ ス ル フ ィ ド結 合 し た2量 体 が,2つ 結 合 した4量 体 構 造 を とっ て い る。 一 般 に,IGF-Iレ セ プ タ ー のIGF-Iに 対 す る親 和性(Kd値)は 約1nMで あ るが,IGF-IIに 対 す る親 和 性 は2∼10倍 低 く,さ ら に,イ ンス リ ン に対 す る親 和性 は100∼500倍 低 い こ とが 知 られ て い る 。 一 方,イ ンス リン レ セ プ タ ー の親 和 性 は,イ ンス リ ン,IGF-II, IGF-Iの 順 に低 くな る こ とが 明 らか とな っ てい る18)。最 近 に な り,多 くの組 織 で,イ ン ス リ ン レ セ プ タ ー の α サ ブユ ニ ッ トと β サ ブ ユ ニ ッ トの2量 体 とIGF-Iレ セ プ ター の対 応 す る2量 体 が 会 合 し た イ ン ス リ ン レセ プ ター/IGF-Iレ セ プ タ ー のハ イ ブ リ ッ ドが 存 在 す る こ と が発 見 され た49)。このハ イ ブ リッ ドレセ プ ター は,IGF-Iに 対 し て 高 い 親 和 性 を 示 し,イ ン ス リ ン に対 し て 弱 い親 和 性 を 有 して い る こ と も明 らか に な って い る49)。し か し,こ の ハ イ ブ リ ッ ドの 生 理 的 意 義 に つ い て は い ま だ に不 明 で あ る。 ま た,図4に 示 した よ う にIGF-IIに 特 異 性 の 高 いIGF-IIレ セ プ タ ー が 存 在 す る こ と も知 ら れ て い る 。IGF-IIレ セ プ ター は,陽 イ オ ン依 存 性 の マ ン ノ ー ス-6-リ ン酸 レセ プ タ ー と同 一 で あ る こ とが 明 ら か とな っ て お り,膜 貫 通 型 の 単 鎖 で分 子 量 約260Kの 糖 蛋 白 質 で あ る50)。IGF-IIレ セ プ タ ー はGi2蛋 白質 と カ ップ ル し て 生 理 作 用 を発 現 す る こ と が 報 告 さ れ て い るが,こ の レ セ プ タ ー の 生 理 的 意 義 に つ い て は今 後 の 課 題 で あ る51)。 さ て,IGF-Iレ セ プ ター は,胎 児 期 の 肝 臓,あ るい は 生 後 の 腎 臓 ・脳 ・副 腎 ・軟 骨 ・肺 ・筋 肉 ・精 巣 ・卵 巣 ・ 甲 状 腺 な ど の 広 範 な 組 織,あ る い は 線 維 芽 細 胞 や 内 皮 細 胞 な ど を は じ め と した 多 種 の 細 胞 に存 在 す る こ とが 明 らか とな って い る18)。こ の レ セ プ タ ー は,多 くの細 胞 系 でIGF-Iあ る い は イ ンス リ ン処 理 に よ り レ セ プ タ ー
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66 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.41No.3(1996)
図5種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 がIGF-Iの 生 産 に 及 ぼ す 影 響
無 蛋 白質 食(PF),12%グ ル テ ン食(G),12%グ ル テ ン に ス レオ ニ ンお よび リ ジ ン を補 っ て 栄養 価 を 改善 した 食餌(GLT),12%カ ゼ イ ン食(C)を 成 長 期 の ラ ッ トに8日 間与 え た 。 最 終 日 に1時 間半 実験 食 を 摂 食 させ た の ち,体 重 を測 定 し,同 時 に血 漿 お よ び肝 臓 を採取 した 。(a)血 漿 中 のIGF-I濃 度 をRIA法 で測 定 した 。(b)肝 臓 を 摘 出 後 全RNAを 調 製 し,こ れ らのRNAに つ いて 標 識 し た ラ ッ トIGF-I cDNAを 用 い て ノ-ザ ン プ ロ ッ ト分 析 を行 な っ た 。 な お,そ れ ぞれ の レ-ン は 異 な った ラ ッ トか らのRNAの 結 果 を示 して い る。 数 が 減 少 す る こ とが 報 告 され てい る18)。一 方,精 巣 や卵 巣 で は,hCG,LHあ る い はFSHと い っ た トロ ピ ッ ク ホ ル モ ン処 理 はIGF-Iレ セ プ ター 数 を増 加 させ る18,52)。 また,IGF-Iレ セ プ タ ー は,動 物 の成 長 と発 達 の 過 程 で 大 き く変 化 す る こ と もわ か っ て い る53)。 まず,IGF-IがIGF-Iレ セ プ ター の α サ ブユ ニ ッ ト に結 合 す る と,イ ン ス リン レセ プ ター の場 合 と同 様 に, IGF-Iレ セ プ タ ー の β サ ブ ユ ニ ッ トの チ ロ シ ン キ ナ ー ゼ の 活 性 化 が ひ き起 こ さ れ,続 い て 活 性 化 した レ セ プ タ ー キ ナ ー ゼ が 細 胞 内 基 質 を リ ン酸 化 し,こ れ を 出 発 点 と し た リン 酸 化 カ ス ケ ー ドを 介 して 生 理 作 用 を 発 現 す る もの と考 え られ て い る54,55)。IGF-Iと イ ン ス リ ンの 生 理 的 意 義 は 大 き く異 な る と考 え られ る に もか か わ ら ず,現 在 の と こ ろ,IGF-Iレ セ プ ター とイ ンス リン レセ プ タ ー の情 報 伝 達 機 構 レベ ル で の 大 き な 差 違 は認 め ら れ て い な い 。 これ ら も,今 後 の解 析 に待 た な けれ ば な ら な い 課 題 で あ ろ う。 こ の よ う に標 的 細 胞 内 に シ グ ナ ル が 伝 え られ た結 果,IGF-Iは それ ぞれ の細 胞 に対 応 し た 種 々 の生 理 作 用 を発 現 す る。in vitro系 を用 いた解 析 で は,IGF-Iは,線 維 芽 細 胞,筋 肉 細 胞,血 球 細 胞, 軟 骨 細 胞,骨 芽 細 胞,甲 状 腺 細 胞,神 経 細 胞,生 殖 細 胞 な ど多 くの培 養 細 胞 の 増 殖 を促 進 す る18)。培 養 条 件 に よ っ て は,IGF-Iは これ らの細 胞 の分 化 も誘 導 す る18)。 この 際,標 的 細 胞 で は,RNA合 成 お よび 蛋 白質 合 成の 促 進 あ る い は糖 や ア ミノ 酸 の 取 り込 み促 進 な どが起 こ
っ て い る18)。一 方,in vivo系 の 解 析 で は,IGF-Iレ セ
プ タ ー を ノ ッ ク ア ウ トし た マ ウ ス は胎 児 期 に 著 しい成 長 遅 滞 が 起 こ っ て い る う え,出 生 後 す ぐ に呼 吸 器 障害 な どが 原 因 で死 亡 し て し ま う と い う結 果 が 報 告 されて お り,IGF-Iレ セ プ ター を介 した 作 用 が 少 な くと も動 物 の 成 長 に 必 須 で あ る こ と を示 し て い る56)。 IV,蛋 白 質代 謝 に お けIる-GF-Iの 生 理的 意 義 動 物 の 成 長 に お け る重 要 な プ ロ セ ス の ひ とつ で ある 蛋 白 質 代 謝 は摂 取 し た食 事 蛋 白質 に 応 答 し て制 御 され て い る こ とが 広 く知 ら れ て い る。 す な わ ち,蛋 白質量 が 必 要 量 を満 た し,か つ す べ て の必 須 ア ミノ酸 の量が 要 求 量 に 達 し て い る よ うな 食 事 を摂 取 して い る"良 い" 蛋 白 質 栄 養 状 態 の 動 物 で は,蛋 白 質 同 化 が 促 進 され, そ の 結 果,体 蛋 白質 の蓄 積 が 起 こ り動 物 は成 長 する。 こ れ に対 して,蛋 白質 量 が 必 要 量 に満 た な い,あ るいは ど れ か ひ と つ で も必 須 ア ミノ 酸 が 要 求 量 を満 た してい な い よ うな 食 事 を摂 取 して い る"悪 い"蛋 白質 栄 養状
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態 の動 物 で は,体 蛋 白質 同 化 が 抑 制 され,そ の結 果,成 長 中 の動 物 で は成 長 の遅 滞 が,成 長 期 を過 ぎ た 動 物 で は体 窒 素 の 損 失 を 招 く。 し か し,こ の 制 御 機 構 の 詳 細 はい ま だ に不 明 な 点 が 多 い 。 一 般 に,蛋 白 質 同 化 を促 進 す るホ ル モ ン として,成 長 ホ ル モ ン,イ ンス リ ン,ア ン ドロ ゲ ン な どが,蛋 白 質 異 化 を 促 進 す る ホ ル モ ン と して グ ル カ ゴ ン,グ ル コ コ ル チ コ イ ド,甲 状 腺 ホ ル モ ンな どが あ げ られ るが,こ れ ら の ホ ル モ ン の 血 中 濃 度 は,必 ず し も摂 取 し た食 事 蛋 白質 の"量"や"質"に 応 答 し て 変 化 し な い こ と も明 ら か と な っ て い る 。 こ れ に対 して,IGF-Iは,(1)食 事 蛋 白質 の摂 取 量 に応 じて 血 中 濃 度 が 上 昇 し,必 要 量 を こ え た 範 囲 で ほ ぼ一 定 に な る,す な わ ち,食 事 蛋 白質 の"量"に 応 答 して 血 中 濃 度 が 変 化 す る,(2)食 事 蛋 白 質 の 栄 養 価 が 高 くな る と, 血 中濃 度 が 上 昇 す る,す な わ ち,食 事 蛋 白 質 の"質" に応 じて 血 中 濃 度 が 変 化 す る,(3)血 中 濃 度 の変 化 に応 じて 蛋 白 質 同 化 能 力 が 変 化 す る,す な わ ち,血 中 濃 度 が高 くな る と体 蛋 白 質 合 成 速 度 が 上 昇 す る,こ と な ど が実 験動 物 を 用 い た 筆 者 ら の 研 究 の 過 程 で 明 らか とな った57,58)。この よ う に,IGF-Iは,食 事 蛋 白質 が シ グナ ル とな っ て 合 成 ・分 泌 が 制 御 さ れ,こ の ホ ル モ ン が 体 蛋 白 質 同 化 を促 進 し て い る こ とが 明 らか と な っ た 。 1,種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 にお け るＩGF-Iの 生 合 成 ・ 分 泌 の 制 御 A.種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 に 応 答 し た 血 中IGF-I 濃 度 の 制 御 まず,筆 者 ら は,成 長 期 の ラ ッ トに8日 間,無 蛋 白 質食(飼 料 中 に ま っ た く蛋 白質 を含 ま な い が,食 餌 中 のエ ネ ル ギ ー 量 は他 の群 と合 わ せ て あ る)あ る い は種 々 の量 の カ ゼ イ ン を含 む 食 餌(カ ゼ イ ン は 栄 養 価 の 高 い 乳蛋 白質 で あ る)を 与 え,最 終 日1時 間 半 摂 食 さ せ た のち,血 中IGF-I濃 度 をRIA法 で 測 定 し た 。 そ の 結 果,ラ ッ トの 体 重 お よび 血 中IGF-I濃 度 は食 餌 蛋 白 質 の"量"を 増 加 させ る と上 昇 し,そ れ が 動 物 の 必 要 量 に達 す る と一 定 となっ た57)。続 い て,同 様 な 条 件 で,成 長期 の ラ ッ トに 無 蛋 白 質 食,12%小 麦 グ ル テ ン食(こ の蛋 白 質 は,成 長 中 の ラ ッ トに 対 して リ ジ ン と ス レ オ ニ ンが ア ミノ酸 要 求 量 を満 た して い な い),お よび12% グル テ ン食 に リ ジ ン と ス レオ ニ ン を補 っ て 栄 養 価 を 改 善 した 食餌,さ ら に12%カ ゼ イ ン食(必 須 ア ミ ノ 酸 を バ ラ ンス よ く含 む蛋 白質 食)を 与 え て,血 中IGF-I濃 度 をRIA法 で 測 定 し た。 そ の 結 果,無 蛋 白 質 食 群 で は 動 物 の体 重 が 減 少 し,グ ル テ ン食 群 で は動 物 は ほ とん ど成 長 し な か っ た の に 対 し て,グ ル テ ン食 に ア ミノ 酸 を添 加 し食 餌 蛋 白 質 の"質"を 改 善 した 場 合 に は体 重 が 増 加 し,カ ゼイ ン食 給 餌 で 動 物 は最 もよ く成 長 した57)。 こ の よ う に,食 餌 蛋 白 質 の"量"も し くは"質"の 違 い に よ り成 長 は大 き な 影 響 を 受 け た が,こ の 体 重 の増 減 と血 中IGF-I濃 度 が きわ め て よ く相 関 し て い た(図 5a)。 これ ら の結 果 は,生 体 が 蛋 白 質 栄 養 状 態 の 変 化 を 蛋 白 質 の"量"あ る い は"質"の 信 号 と して 受 け とめ,こ の情 報 を 何 らか の機 構 で 血 中IGF-I濃 度 に 反 映 し,最 終 的 にIGF-Iが 体 蛋 白 質 同 化 を 制 御 して い る可 能 性 を 示 し て い る58)。 B.種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 に 応 答 し たIGF-I遺 伝 子 の 発 現 制 御 次 に,筆 者 ら は,異 な る蛋 白 質 栄 養 状 態 に お け る 各 臓 器 のIGF-ImRNA量 を ノ ー ザ ン ブ ロ ッ ト法 で 測 定 し た 。 先 と同 様 に,成 長 期 の ラ ッ トに 無 蛋 白質 食,12 %グ ル テ ン食,12%グ ル テ ン 食 に リジ ン とス レ オ ニ ン を 補 っ て 栄 養 価 を改 善 し た食 餌,12%カ ゼ イ ン食 を8 日 間 与 え,肝 臓 を は じめ とし た種 々 の臓 器 を採 取 した 。 IGF-Iの 主 要 産 生 臓 器 と考 え られ て い る 肝 臓 に お け る IGF-ImRNA量 は,蛋 白質 栄 養 状 態 の 悪 化 に伴 っ て 著 減 した(図5b)59)。 続 い て,筆 者 ら は そ れ ぞ れ の 食 餌 を給 餌 し た ラ ッ トの肝 臓 よ り単 離 核 を調 製
し,核run-on assay(nuclear run-on assay)法 に よ りIGF-I遺
伝 子 の 転 写 速 度 を測 定 し た。 そ の 結 果,蛋 白 質 栄 養 状 態 の 悪 化 は,IGF-ImRNA量 の 顕 著 な減 少 を もた らし た に もかか わ らず,IGF-I遺 伝 子 の転 写 速 度 に は大 きな 影 響 を 与 え な い こ とが 明 ら か とな っ た60)。 以 上 の 結 果 と肝 臓 培 養 細 胞 を 用 い た 解 析 結 果 もあ わ せ る と,必 須 ア ミ ノ酸 の 欠 乏 な どが シグ ナ ル とな り,お もにIGF-I遺 伝 子 転 写 後 のmRNAの 安 定 性 に 影 響 し, 蛋 白質 栄 養 状 態 の 悪 化 に 伴 っ たIGF-ImRNA量 の 減 少 が ひ き起 こ さ れ る と考 え られ る 。 しか し,無 蛋 白 質 食 群 の 血 中IGF-I濃 度 が グ ル テ ン食 群 に比 べ て著 し く 低 い に もか かわ らず,両 群 の肝 臓 中 のIGF-ImRNA量 に 有 意 な 差 が 認 め られ な い とい う結 果 は,蛋 白 質 栄 養 状 態 が 肝 臓IGF-I全mRNA量 に 影 響 す る,あ る い は 蛋 白質 栄 養 状 態 がIGF-ImRNAの 翻 訳 速 度 やIGF-I の 血 中 で の寿 命 な どに も影 響 す る可 能 性 を示 して い る。
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68 蛋 白 質 核 酸 酵 素Vol.41No.3(1996) これ ら に つ い て も,今 後 検 討 を進 め る 必 要 が あ ろ う 。 2.種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 に お け るIGFBPの 生 合 成 ・分 泌 の 制 御 A.種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 に応 答 した血 中IGFBP 濃 度 の 制 御 まず,筆 者 らは,各 種 蛋 白 質 栄 養 状 態 にお けるIGF-IとIGFBPの 結 合 状 態 を追 跡 した。 す なわ ち,先 と同 様 な条 件 で 無 蛋 白質 食,12%グ ル テ ン食,12%カ ゼ イ ン食 を ラ ッ トに 給 餌 し,そ の 後 血 漿 を 取 得 し た 。 この 血 漿 をゲ ル 濾 過 で分 離 後,各 画 分 のIGF-I量 をRIA法 で測 定 し た。 そ の結 果,ラ ッ ト血 漿 中 で は,IGF-Iは お もにIGFBP-3とALSと と もに分 子 量150Kの 複 合 体 を 形 成 し て お り,こ の 複 合 体 を形 成 し て い るIGF-I量 は カ ゼ イ ン 食 群,グ ル テ ン食 群,無 蛋 白質 食 群 の 順 に 激 減 し た61)。そ こで,次 に,蛋 白質 栄 養 条 件 に よ っ て IGFBPの 血 中濃 度 が どの よ う に 変 化 す る か を調 べ た 。 IGFBP量 を測 定 す る方 法 とし て,血 漿 をSDS-PAGE 後 ニ トロ セ ル ロ ー ス 膜 に 転 写 し,転 写 され たIGFBPを 標 識 したIGF-Iと 結 合 させ て検 出 す る ウ ェ ス タ ン-リガ ン ドブ ロ ッ ト法 が 一 般 に利 用 され て い る。 この 方 法 で, 上 記 の 血 漿 を 分 析 し た と こ ろ,45K付 近 に 検 出 され る IGFBP-3は,カ ゼ イ ン食 群 お よび グル テ ン食 群 で 高 く, 無 蛋 白 質 食 群 で 大 き く減 少 した 。 一 方,主 と して24K 付 近 に検 出 され るIGFBP-4は,カ ゼ イ ン食 群,グ ル テ ン食 群,無 蛋 白 質 食 群 の 順 で 減 少 した(図6a)61)。 表 2に 示 し た よ う に,IGFBP-1,IGFBP-2,IGFBP-5, IGFBP-6は い ず れ も30K程 度 で あ る こ とか ら,ウ ェ ス タ ン-リ ガ ン ドブ ロ ッ ト法 で は分 別 定 量 す る こ と は困 難 で あ っ た 。 そ こで,筆 者 ら は,そ れ ぞれ のIGFBPに 対 す る特 異 的 抗 体 を用 い た イ ム ノ ブ ロ ッ ト分 析 を 行 な った 。 血 中IGFBP-1お よびIGFBP-2濃 度 は,蛋 白 質 栄 養 状 態 の 悪 化 に 伴 っ て 上 昇 し た が,血 中IGFBP-5 濃 度 は 蛋 白質 栄 養 状 態 の影 響 を受 けなか った 。 一 方,こ の 方 法 で は,血 漿 中 のIGFBP-6は 検 出 で きなか った24) (竹中 ら:投 稿 中)。 この よ うに 蛋 白 質 栄 養 状 態 は,血 中IGF-I濃 度 の み な らず,血 中IGFBPの 動 態 に も大 きな 影 響 を与 えて い る こ とが 明 らか とな っ た 。 架 橋 法 に よ る 解 析 結 果 な ど も あ わ せ る と,少 な く と も,蛋 白質 栄 養 状 態 は,血 中 IGFBP濃 度 の み な ら ず,そ れ ぞ れ のIGFBPと 結 合 し て い るIGF-I量 な どに も影 響 し て い る こ とが わ か っ た 。 そ の 結 果,蛋 白 質 栄 養 状 態 が よ い 場 合 に は,血 中 IGFBP-3お よ びIGFBP-4濃 度 が 上 昇 し,同 時 に 血 中 濃 度 が 上 昇 して く るIGF-Iと 結 合 し,IGF-Iの 生 理 活 性 を 促 進 す る 。 これ に対 して,蛋 白質 栄 養 状 態 が 悪 い 場 合 に は,血 中IGFBP-3お よびIGFBP-4濃 度 が 減 少 す る と と もに,血 中IGFBP-1お よびIGFBP-2濃 度 が 上 昇 し,こ の 結 果,IGF-Iの 生 理 活 性 が 抑 制 され る と考 え る と,こ れ ら の 現 象 が よ く説 明 で き る。 B.種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 に 応 答 し たIGFBP遺 伝 子 の 発 現 制 御 つ ぎ に,筆 者 ら は,先 と同 様 な 条 件 で 飼 育 した 種 々 の 蛋 白質 栄 養 状 態 の ラ ッ ト諸 臓 器 のIGFBPmRNA量 を ノ ー ザ ン プ ロ ッ ト法 で測 定 した 。 図6bに 肝 臓 の結 果 の み を示 した 。 まず,IGFBP-1の 遺 伝 子 発 現 は,肝 臓 と腎 臓 で の み 確 認 さ れ た が,い ず れ の 臓 器 に お い て も 無 蛋 白 質 食 群 でmRNA量 が著 し く増 加 して い た62)。つ ぎ にIGFBP-2の 遺 伝 子 発 現 は,肝 臓,精 巣,肺,脾 臓 な ど数 多 くの臓 器 で 確 認 さ れ た。 し か し,こ の結 合 蛋 白質 の 主 要 産 生 器 官 と考 え られ る 肝 臓 で の み,無 蛋 白 質 食 あ るい は グ ル テ ン食 を給 餌 し た"悪 い"蛋 白 質 栄 養 状 態 の ラ ッ トで,IGFBP-2mRNAの 上 昇 が観 察 され,ほ かの 臓 器 で は変 化 が 認 め られ なか った。IGFBP-3の 遺 伝 子 発 現 は,肝 臓,腎 臓,精 巣,肺,脾 臓 な ど 多 くの 臓 器 で 確 認 され た が,い ず れ の臓 器 に お い て も IGFBP-3mRNA量 は蛋 白 質 栄 養 状 態 に よ っ て影 響 を 受 け なか っ た 。IGFBP-4の 遺 伝 子 発 現 は肝 臓 の みで 認 め られ たが,IGFBP-3の 場 合 と同 様 に 蛋 白質 栄 養 状 態 に応 答 した 変 化 は観 察 され な か った 。 さ らに,IGFBP-5の 遺 伝 子 発 現 は 腎 臓 ・胃 ・肺 な どで,IGFBP6の 遺 伝 子 発 現 は 胃 ・精 巣 ・肺 ・心 臓 な どで 確 認 さ れ たが,い ず れ の 遺 伝 子 発 現 も蛋 白 質 栄 養 状 態 に 影 響 され な か っ た24)(竹中 ら:投 稿 中)。 そ こ で,そ れ ぞ れ の 実 験 食 を与 え た ラ ッ トの肝 臓 よ り単 離 核 を調 製 し,nuclearrun-on assay法 を用 いて,IGFBP-1,IGFBP-2,IGFBP-3お よ びIGFBP-4各 遺 伝 子 の転 写 速 度 を測 定 した。 そ の 結 果,IGFBP-1遺 伝 子 は カ ゼ イ ン食 群 お よび グ ルテ ン食 群 の 肝 臓 で は ほ とん ど転 写 され な い の に対 して,無 蛋 白 質 食 群 の 肝 臓 で は転 写 速 度 が 著 し く上 昇 す る こ と が 明 らか とな っ た60)。この 結 果 よ り,蛋 白 質 栄 養 状 態 の 悪 化 に応 答 し た肝 臓IGFBP-1mRNA量 の増 加 は遺伝 子 の 転 写 速 度 の 上 昇 を 反 映 して い る と考 え られ た 。 さ ら に,こ の現 象 は,ラ ッ ト肝 癌 細 胞H4-II-Eを ア ミノ
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酸 を含 む 培 地 と含 ま な い 培 地 で培 養 し た 際 に も認 め られ た 。 一 方,IGFBP-2遺 伝 子 の 転 写 速 度 も蛋 白 質 栄 養 状 態 の 悪 化 に よ り上 昇 す る こ とが 明 ら か と な り,IGFBP-2mRNA 量 の 増 加 も遺 伝 子 の 転 写 速 度 の 上 昇 に よ る も の と推 定 さ れ た 。 ま た,IGFBP-3お よ び IGFBP-4遺 伝 子 の 転 写 速 度 は,蛋 白 質 栄 養 状 態 に 影 響 さ れ なか っ た。 以 上 の 結 果 を ま と め る と, 蛋 白質 栄 養 状 態 が 悪 化 す る と, 必 須 ア ミノ酸 の 欠 乏 な どが シ グナ ル となっ て,IGFBP-1お よ びIGFBP-2遺 伝 子 の 転 写 速 度 が 上 昇 しmRNA量 が 増 加,そ の 結 果,血 中IGFBP-1お よびIGFBP-2濃 度 が 上 昇 す る 。 一 方,蛋 白質 栄 養 状 態 の 悪 化 はIGFBP-3お よ び IGFBP-4mRNA量 に影 響 を 与 え な い が,血 中IGFBP-3 お よ びIGFBP-4濃 度 の 減 少 を ひ き起 こす 。 こ の 結 果 は, 蛋 白 質 栄 養 状 態 が こ れ ら の mRNAの 翻 訳 段 階 あ る い は IGFBPの 血 中 の 寿 命 な どに影 響 す る可 能 性 を 示 して い る。 3.種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 に お け るIGF-Iレ セ プタ ー の生 合 成 の 制 御 筆 者 ら は,先 と同様 な 条 件 で 成 長 期 の ラ ッ トに無 蛋 白質 食,12%グ ル テ ン食,12%カ ゼ イ ン食 を摂 取 させ, これ らの ラ ッ トの種 々 の 臓 器 を採 取 し た 。 お の お の の 臓 器 よ り細 胞 膜 画 分 を調 製 しIGF-Iレ セ プ タ ー の 親 和 性 と結 合 量 を ス キ ャ ッ チ ャ ー ドプ ロ ッ ト分 析 に よ り解 析 した 。 い ず れ の臓 器 に お い て も,蛋 白質 栄 養 状 態 は IGF-Iレ セ プ ター の親 和 性 に 影 響 を与 え なか っ た。 結 合 量 は,腎 臓,脳 な ど で は変 化 し な か っ た が,蛋 白 質 栄 養状 態 の悪 化 に伴 い,精 巣,肺,小 腸,胃 な どで は結 合 量 が 増 加 し た24)。次 に,こ の 際 の そ れ ぞ れ の臓 器 の IGF-Iレ セ プ ターmRNA量 を測 定 した。 そ の 結 果,蛋 白 質 栄 養 状 態 の 悪 化 に よ り精 巣,心 臓,肺 な ど でIGF-Iレ セ プ タ ーmRNA量 が 上 昇 し て い た24)。 これ らの 結 果 は,蛋 白質 栄 養 状 態 の 変 化 に 応 答 して, そ れ ぞ れ の 臓 器 に よ っ て 異 な る様 式 でIGF-Iレ セ プ タ ー の 生 合 成 が 制 御 さ れ て い る こ と を 示 して い る。 蛋 白 質 栄 養 状 態 の 悪 化 に伴 うIGF-Iレ セ プ ター の数 の 増 加 に よ り,こ れ ら の 臓 器 で はIGF-Iに 対 す る感 受 性 が や や 上 昇 す る もの と考 え られ る。 図6種 々 の 蛋 白 質 栄 養 状 態 がIGFBPsの 生 産 に 及 ぼ す 影 響 無 蛋 白質 食(PF),12%グ ル テ ン 食(G),1296カ ゼ イ ン食(C)を 成 長 期 の ラ ッ トに8日 間 与 え た。 最 終 日 に1時 間 半 実 験 食 を摂 食 させ た の ち,血 漿 お よ び 肝 臓 を採 取 した 。(a)血 漿 中 の IGFBP濃 度 を ウ ェ ス タ ンーリガ ン ドブ ロ ッ ト法 で測 定 した 。 な お,そ れ ぞ れ の レー ン は異 な った ラ ッ トか らの 血 漿 の結 果 を示 して い る。(b)肝 臓 を摘 出後,全RNAを 調 製 し,こ れ らのRNAに つ い て標 識 した ラ ッ トIGFBPのcDNAを 用 い て ノ-ザ ン プ ロ ッ ト分 析 を行 な っ た 。 こ こ で は, 無 蛋 白質 食(PF),12%カ ゼ イ ン食(C)を 与 えた ラ ッ トの 結 果 の み を示 した。 星 印 は,PF群 と C群 の 間 に196の 危 険 率 で有 意 差 が あ る こ と を示 して い る。
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70 蛋 白質 核 酸 酵 素Vol.41No.3(1996) 4.蛋 白 質 代 謝 の 制 御 に お けるIGF-1お よびIGFBP の 生 理 的 意 義 こ こ ま で 蛋 白 質 栄 養 状 態 に応 答 したIGF-1お よ び そ の 関 連 蛋 白 質 の生 合 成 制 御 に つ い て 述 べ て き た が,今 回 本 稿 で は 紹 介 で きな か っ た他 の 実 験 結 果 を あ わせ て, 以 下 に作 業 仮 説 を ま と め た 。 す な わ ち,蛋 白 質 栄 養 状 態 が"良 い"場 合 や 蛋 白 質 同 化 を促 進 す る と報 告 さ れ て い る成 長 ホ ル モ ン,イ ン ス リ ン な どの 血 中 濃 度 が 高 い場 合 に は,肝 臓 のIGF-I mRNA量 が 増 加 し,こ れ を 反 映 し て血 中IGF-I濃 度 が 上 昇 す る。 同 時 に,血 中 濃 度 が 上 昇 す るIGFBP-3お よ びIGFBP-4とIGF-1が 複 合 体 を形 成 し,IGF-1の 血 中 寿 命 が延 びIGF-1が 生 理 活 性 を発 現 しや す い状 態 に あ る。 その結 果,IGF-Iは 標 的 細 胞 の 蛋 白 質 同 化 を促 進 し,ひ い て は動 物 の 成 長 を 促 進 す る 。 これ に対 し て,蛋 白 質 栄 養 状 態 が"悪 い" 場 合 に は,肝 臓 のIGF-I mRNA量 が 減 少 し,血 中 IGF-1濃 度 が 低 下 す る。 さ らに,こ の 栄 養 状 態 の悪 化 に よ り,IGFBP-1お よびIGFBP-2遺 伝 子 の 発 現 が 促 進 さ れ,血 中IGFBP-1お よ びIGFBP-2濃 度 が 著 増 す
る。IGF-1は 増 加 し たIGFBP-1あ るい はIGFBP-2と
複 合 体 を形 成 し,早 く代 謝 さ れ る う え そ の 生 理 活 性 が 抑 制 さ れ,そ の 結 果,動 物 の 成 長 の 遅 滞 が ひ き起 こ さ れ る。 IGF-1が 蛋 白質 合 成 を促 進 す る のか,あ るい は蛋 白 質 分 解 を抑 制 す る の か に つ い て は,い まだ に 明 確 な 結 論 は 得 られ て い な い 。 し か し,種 々 の 生 理 状 態 で の 体 蛋 白質 合 成 速 度 は 血 中IGF-I濃 度 と よ く相 関 す るが,体 蛋 白 質 分 解 速 度 は必 ず し も逆 相 関 し な い,培 養 細 胞 あ る い は種 々 の 組 織 に お い てIGFIがRNA合 成 や 蛋 白 質 合 成 を 促 進 す る な どの研 究 成 果 か ら,現 在 筆 者 らは, イ ン ス リン が 蛋 白質 合 成 の 材 料 で あ る ア ミ ノ酸 の 取 り 込 み を促 進 し,IGF-1が 取 り込 ん だ ア ミノ酸 を利 用 して 総 合 的 に 蛋 白 質 合 成 を 促 進 す る と考 え て い る。 今 後, 種 々 の 生 理 状 態 の 動 物 を 用 い て,IGF-Iと 他 の ホル モ ン の 蛋 白 質 代 謝 に お け る役 割 を 明 らか に し て い く こ とが 重 要 で あ ろ う。 お わ りに 以 上 に概 観 した よ う に,IGF-I,IGFBPお よ びIGF-Iレ セ プ タ ー に 関 す る研 究 は現 在 も非 常 に 活 発 に行 な わ れ て い る 。 しか し,こ の よ う な 多 くの 研 究 成 果 に も か か わ ら ず,今 後 明 ら か に して い か な け れ ば な らな い 問 題 も数 多 い。 そ の 中 で も,実 際 にIGF-1や IGFBPが 生 体 で どの よ うな 働 きを して い る か を生化学 的 方 法 で 直 接 的 に示 す デ ー タ が 得 られ て い な い こ とは 重 要 な 問 題 で あ る。 し た が っ て,(1)生 体 の生 理 状 態が ど の よ うな シ グ ナ ル とな っ てIGFやIGFBPの 生産 ・ 分 泌 あ る い は血 中 動 態 を 制 御 し て い る の か,(2)種 々の 臓 器 で 異 な る 様 式 で 生 産 が 制 御 さ れ て い るIGFや IGFBPの 生 理 的 意 義 は なに か,(3)IGF-Iの 標 的 細胞 に お い て,IGF-Iが どの よ うな情 報 伝 達 経 路 を介 してIGF-I特 異 的 生 理 作 用 を発 現 す る の か,な ど を順 々 に明 らか にす る こ とに よ り,IGFやIGFBPの 生 理 的 意 義 を追求 し て い く必 要 が あ る と筆 者 ら は考 え て い る。 と くに本 稿 のIV節 で は,蛋 白 質 栄 養 の立 場 か らIGF研 究 の現状 の 一 例 を 紹 介 し た 。 動 物 の 成 長 との 関 係 や 諸 種 の 栄養 学 的 指 標 との相 関 を考 えれ ば,IGF-IやIGFBPの 生理 的 意 義 は疑 い の な い もの で あ る こ と を ご理 解 い た だ け れ ば 幸 い で あ る。 文 献 (文献番号 を太字に した もの はと くに重要で あることを示す) 1)
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