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βアドレナリン作動薬であるラクトパミンは、統合的なストレス応答遺伝子プログラムの一部として、アスパラギン合成酵素の骨格筋発現を増加させます
The Beta-adrenergic agonist, Ractopamine, increases skeletal muscle expression of Asparagine Synthetase as part of an integrated stress response gene program.
PMID: 30374102 PMCID: PMC6206132. DOI: 10.1038/s41598-018-34315-9.
抄録
合成βアドレナリン作動薬（BA）は、除脂肪体重を増加させるための幅広い生物医学的・農業的応用が期待されているが、これらの薬剤を支える生物学的理解が不十分であるため、さらなる創薬の可能性が制限されている。成長期の雌豚（77±7kg）に、BA、ラクトパミン（飼料中20ppm）、または組換え成長ホルモン（GH）であるレポルシン（10mg/48時間注射）を1、3、7、13日（時間点ごとに10日）、または27日（時間点ごとに15日）投与した。RNAシーケンスと推定経路解析を用いて、飼料のみの対照コホートと比較して、Longissimus Dorsi骨格筋トランスクリプトーム（治療あたりn=3、タイムポイントあたり）への時間的変化を調べた。遺伝子発現の変化は、すべてのサンプル（n=164）について定量PCRによって確認された。RNA 配列解析の結果、BA 処理は GH よりも大きな効果があり、アスパラギン合成酵素（Asns）が 3 日目に BA によって 5 番目に有意に増加した遺伝子であることが明らかになった。ASNSタンパク質の発現は7日目にBA処理により劇的に増加した（p<0.05）。3日目に最も有意に増加した遺伝子は、ASNS遺伝子の発現を調節することが知られている転写因子である活性化転写因子5（Atf5）であった。また、ASNS遺伝子発現を調節することが知られている別の既知の転写因子であるAtf4の遺伝子およびタンパク質発現は、BA処理によって変化しなかった。20 以上の既知の Atf4 標的遺伝子の発現が BA 処理によって増加したことから、BA 処理は豚の骨格筋において統合ストレス応答（ISR）を誘導することが示唆された。これを裏付けるように、2つの重要なストレス応答性遺伝子であり、細胞増殖の負の調節因子であるセストリン-2（Sesn2）とサイクリン依存性キナーゼ1α（Cdkn1a）のmRNA発現も、BA処理の3日目から強く増加した。最後に、tRNAの充電は、BA処理によって誘導された経路の中で最も有意に濃縮されており、筋肉の翻訳能力/効率性の変化を示唆していた。骨格筋のトランスクリプトームに対する BA 介在性の変化は、統合ストレス応答（ISR）、特にアミノ酸生合成およびタンパク質の翻訳能力に関連する遺伝子を強く示唆している。
Synthetic beta-adrenergic agonists (BA) have broad biomedical and agricultural application for increasing lean body mass, yet a poor understanding of the biology underpinning these agents is limiting further drug discovery potential. Growing female pigs (77 ± 7 kg) were administered the BA, Ractopamine (20 ppm in feed), or the recombinant growth hormone (GH), Reporcin (10 mg/48 hrs injected) for 1, 3, 7, 13 (n = 10 per treatment, per time point) or 27 days (n = 15 per treatment). Using RNA-sequencing and inferred pathway analysis, we examined temporal changes to the Longissimus Dorsi skeletal muscle transcriptome (n = 3 per treatment, per time point) relative to a feed-only control cohort. Gene expression changes were affirmed by quantitative-PCR on all samples (n = 164). RNA-sequencing analysis revealed that BA treatment had greater effects than GH, and that asparagine synthetase (Asns) was the 5 most significantly increased gene by BA at day 3. ASNS protein expression was dramatically increased by BA treatment at day 7 (p < 0.05). The most significantly increased gene at day 3 was activating transcription factor 5 (Atf5), a transcription factor known to regulate ASNS gene expression. Gene and protein expression of Atf4, another known regulator of Asns expression, was not changed by BA treatment. Expression of more than 20 known Atf4 target genes were increased by BA treatment, suggesting that BA treatment induces an integrated stress response (ISR) in skeletal muscle of pigs. In support of this, mRNA expression of sestrin-2 (Sesn2) and cyclin-dependant kinase 1 alpha (Cdkn1a), two key stress-responsive genes and negative regulators of cellular growth, were also strongly increased from day 3 of BA treatment. Finally, tRNA charging was the most significantly enriched pathway induced by BA treatment, suggesting alterations to the translational capacity/efficiency of the muscle. BA-mediated changes to the skeletal muscle transcriptome are highly indicative of an integrated stress response (ISR), particularly genes relating to amino acid biosynthesis and protein translational capacity.