3T3-L1 脂肪細胞を組換えカルシウム/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼIV（CaMKIV）でin vitro処理すると、小胞体ストレスが制限され、mTOR/CREBシグナル伝達経路を介したオートファジーの阻害によりインスリン感受性が改善される

In vitro treatment of 3 T3-L1 adipocytes with recombinant Calcium/calmodulin-dependent Protein Kinase IV (CaMKIV) limits ER stress and improves insulin sensitivity through inhibition of autophagy via the mTOR/CREB signaling pathway.

• Jiali Liu
• Ruihua Yang
• Hao Meng
• Ting Zhou
• Qian He

抄録

背景:

近年、CaMKIVは骨格筋のグルコース代謝の調節因子として同定されており、膵臓のインスリン遺伝子発現にも影響を与えることが知られています。しかし、脂肪のインスリン抵抗性への影響はまだ解明されていません。オートファジーは、ER（小胞体）ストレスやインスリン抵抗性の治療標的としての可能性が示されている。本研究の目的は、チュニカマイシンで処理した脂肪細胞において、CaMKIVがERストレス、オートファジー機能、インスリンシグナル伝達に及ぼす影響を調べることである。

BACKGROUND: Recently, CaMKIV has been identified as a potential regulator of skeletal muscle glucose metabolism, it can also affect insulin gene expression in pancreas. However, its effects on adipose insulin resistance have yet to be explored. Autophagy has been shown as a potential therapeutic target for ER (endoplasmic reticulum) stress and insulin resistance. The purpose of this study is to investigate the effects of CaMKIV on ER stress, autophagic function and insulin signaling in tunicamycin-treated adipocytes.

方法:

本研究では、成熟した 3T3-L1 脂肪細胞をチュニカマイシンで処理し、ER ストレスを誘導した。チュニカマイシンで処理した3T3-L1脂肪細胞は、CREBおよびmTORの標的化siRNA媒介によるダウンレギュレーションの有無にかかわらず、組換えCaMKIVで処理した。ERストレスマーカー、オートファジー活性化、mTOR/CREBシグナル伝達およびインスリン感受性をウエスタンブロッティングまたは電子顕微鏡で分析した。

METHODS: In this study, mature 3 T3-L1 adipocytes were treated with tunicamycin to induce ER stress. Tunicamycin-treated 3 T3-L1 adipocytes were treated with recombinant CaMKIV in the presence or absence of targeted-siRNA mediated down-regulation of CREB and mTOR. The ER stress markers, autophagy activation, mTOR/CREB signaling and insulin sensitivity were analyzed by western blotting or electron microscopy.

結果:

CaMKIVによる処理は、p-PERK、切断されたATF6、Atg7およびLC3IIのチュニカマイシン誘発発現を有意に逆転させた。また、p62の発現も減少した。さらに、p-Aktおよびp-IRS-1のレベルが増加した。さらに、CaMKIVは、Atg7 siRNAをトランスフェクトした脂肪細胞において、活性化されたERストレスおよびインスリン抵抗性を抑制した。しかし、CaMKIVのERストレス、インスリンシグナル、オートファジー機能に対する保護効果は、チュニカマイシン処理した脂肪細胞では、mTORやCREBを抑制することで無効化された。

RESULTS: Treatment with CaMKIV significantly reversed tunicamycin-induced expression of p-PERK, cleaved-ATF6, Atg7 and LC3II. It also reduced p62 expression. In addition, levels of p-Akt and p-IRS-1 were increased. Moreover, CaMKIV inhibited activated ER stress and insulin resistance in Atg7 siRNA transfected adipocytes. However, the protective effects of CaMKIV on ER stress, insulin signaling, and autophagy function were nullified by suppression of mTOR or CREB in tunicamycin-treated adipocytes.

結論:

本研究では、組換え CaMKIV がオートファジーを制御することにより、チュニカマイシン誘発性 ER ストレスとインスリン抵抗性を抑制することを証明した。脂肪細胞におけるCaMKIVの保護効果は、少なくとも部分的にはmTOR/CREBシグナル伝達により影響を受けている。この知見は、肥満や2型糖尿病の治療に新たな機会を提供する可能性があります。

CONCLUSION: This study proves recombinant CaMKIV inhibits tunicamycin-induced ER stress and insulin resistance by regulating autophagy. The protective effect of CaMKIV in adipocytes is affected at least partly through mTOR/CREB signaling. Our finding may offer novel opportunities for treating obesity and type 2 diabetes.