マウスから培養した骨格筋組織の比較ペプチドミクス解析

A Comparative Peptidomic Characterization of Cultured Skeletal Muscle Tissues Derived From Mice.

• Yanting Wu
• Mei Han
• Yan Wang
• Yao Gao
• Xianwei Cui
• Pengfei Xu
• Chenbo Ji
• Tianying Zhong
• Lianghui You
• Yu Zeng

抄録

重要な分泌器官である骨格筋は、2型糖尿病（T2DM）の標的組織として注目されています。最近のペプチドミクスアプローチは、生理活性を有する分泌ペプチドの同定に応用されている。しかし、マウスの骨格筋組織から分泌されたペプチドを網羅的に解析し、インスリン抵抗性に関与する可能性のあるペプチドの役割を解明することは、まだ十分に行われていない。ここでは、液体クロマトグラフィー・タンデム質量分析法（LC-MS/MS）を用いた無標識探索を採用し、マウスの培養骨格筋組織から異なる形で分泌される63ペプチド（アップレギュレーションペプチド42種、ダウンレギュレーションペプチド21種）を同定した。分泌されたペプチドの相対分子量（Mr）、等電点（pI）、Mr対pIの分布を解析したところ、一般的な特徴が示された。さらに、親タンパク質のGene ontology (GO)解析とパスウェイ解析により、これらの差異ペプチドの機能を総合的に評価したところ、解糖・グルコース生成過程と筋収縮過程に富むことが明らかになった。また、細胞間位置解析により、ペプチドの前駆体タンパク質の多くは細胞質または細胞骨格性であることが明らかになった。さらに、開裂部位解析の結果、リジン(N-末端)-アラニン(C-末端)とリジン(N-末端)-ロイシン(C-末端)が、それぞれ同定されたペプチドと前駆体ペプチドの好ましい開裂部位であることが明らかになった。前駆体の配列にマッピングすると、ほとんどの同定されたペプチドは、クレアチンキナーゼm型（KCRM）およびフルクトース-二リン酸アルドラーゼA（Aldo A）から切断されることが観察された。また、UniProtとPfamのデータベースを用いて特定のドメイン構造やモチーフを調べたところ、全44個のペプチドが親タンパク質の機能的なモチーフやドメインに位置していた。その結果、C2C12 筋管をモデルとし、いくつかの候補ペプチドがインスリンやミトコンドリア関連の経路に自己分泌的に作用することを発見しました。本研究により、骨格筋組織から分泌されるこれらのペプチドの生物学的機能とその制御機構の解明が進み、インスリン抵抗性や関連する代謝障害の治療法として有望視されています。

As an important secretory organ, skeletal muscle has drawn attention as a potential target tissue for type 2 diabetic mellitus (T2DM). Recent peptidomics approaches have been applied to identify secreted peptides with potential bioactive. However, comprehensive analysis of the secreted peptides from skeletal muscle tissues of mice and elucidation of their possible roles in insulin resistance remains poorly characterized. Here, we adopted a label-free discovery using liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) technology and identified 63 peptides (42 up-regulated peptides and 21 down-regulated peptides) differentially secreted from cultured skeletal muscle tissues of mice. Analysis of relative molecular mass (Mr), isoelectric point (pI) and distribution of Mr vs pI of differentially secreted peptides presented the general feature. Furthermore, Gene ontology (GO) and pathway analyses for the parent proteins made a comprehensive functional assessment of these differential peptides, indicating the enrichment in glycolysis/gluconeogenesis and striated muscle contraction processes. Intercellular location analysis pointed out most precursor proteins of peptides were cytoplasmic or cytoskeletal. Additionally, cleavage site analysis revealed that Lysine (N-terminal)-Alanine (C-terminal) and Lysine (N-terminal)-Leucine (C-terminal) represents the preferred cleavage sites for identified peptides and proceeding peptides respectively. Mapped to the precursors' sequences, most identified peptides were observed cleaved from creatine kinase m-type (KCRM) and fructose-bisphosphate aldolase A (Aldo A). Based on UniProt and Pfam database for specific domain structure or motif, 44 peptides out of total were positioned in the functional motif or domain from their parent proteins. Using C2C12 myotubes as cell model , we found several candidate peptides displayed promotive or inhibitory effects on insulin and mitochondrial-related pathways by an autocrine manner. Taken together, this study will encourage us to investigate the biologic functions and the potential regulatory mechanism of these secreted peptides from skeletal muscle tissues, thus representing a promising strategy to treat insulin resistance as well as the associated metabolic disorders.

Copyright © 2019 Wu, Han, Wang, Gao, Cui, Xu, Ji, Zhong, You and Zeng.