ヒト骨格筋における運動およびインスリン誘発性のグルコース代謝におけるTBC1D4の役割

最近、遺伝子 TBC1D4 で一般的なグリーンランド語のナンセンス p.Arg684erTer バリアント (アルギニンが終止コドンに置き換えられている) が発見されました。 バリアントの対立遺伝子頻度は 17% です。 この TBC1D4 バリアントのホモ接合保因者は、耐糖能が損なわれ、2 型糖尿病のリスクが 10 倍高くなります。 研究者らは、TBC1D4 バリアントの対立遺伝子を 0 個または 2 個持つ成体イヌイットの包括的な代謝表現型解析を実施することを提案しています。 研究者らは、骨格筋における TBC1D4 の調節が、運動中、生理的インスリン刺激中のグルコース取り込みの調節、およびヒトのグルコース代謝を調節するためにインスリン感受性を改善する激しい運動の能力にとって極めて重要であると仮説を立てています。

現在のプロジェクトの全体的な目的は次のとおりです。

1. TBC1D4 p.Arg684Ter バリアントが、運動中および生理的インスリン刺激中の骨格筋におけるグルコース取り込みの調節に影響を与えるかどうかを判断します。
2. TBC1D4 p.Arg684Ter バリアントの、急性運動が骨格筋をインスリン感作してグルコース代謝を調節する能力に対する効果を決定します。
3. イヌイット保因者の糖尿病表現型の原因となる因果関係を特定するために、p.Arg684Ter バリアントの影響を受ける代謝経路を定義します。

生成された知識は、キャリアにおける T2D の頻度の増加に対する追加の説明の手がかりに貢献します。

調査対象母集団：

Inuit Health in Transition (IHIT) 研究は、西グリーンランドと東グリーンランドの成人を対象とした研究です。 参加者は、層化された無作為サンプルによって選択され、臨床手順、生物学的材料のサンプリング、およびアンケートを使用して、1999 ～ 2010 年にデータが収集されました。 目標を達成するために、調査員は、このコホートから募集された TBC1D4 p.Arg684Ter バリアントの対立遺伝子を 0 (n=10) または 2 (n=10) 持つイヌイットの包括的な代謝表現型を実行します。 TBCD14 バリアントのホモ接合キャリアと非キャリアの間の以前の研究 (6) での経口ブドウ糖負荷試験 (OGTT) 中の血漿グルコースレベルで見つかった 1.2 SD の効果に基づいて、研究者は p= で 89% の検出力を達成します。 10 人のホモ接合保因者と 10 人の非保因者を動員する場合は 0.05。

方法:

IHIT コホートのジェノタイピングはすでに行われています。 したがって、研究者は、既知の遺伝子型に基づいて、現在の研究のために研究参加者を呼び戻すことができます。 研究者は、TBC1D4 点変異を有する被験者と、年齢、性別、BMI が一致する対照被験者の高度に侵襲的な生理学的研究を実施する予定です。 参加者は、IHIT コホート レジスタ (n = 4,200) を通じて募集された非糖尿病 (25 ～ 50 歳) の男性になります。 募集、スクリーニング、および初期の臨床調査（片足サイクリングエルゴメーターへのカスタマイズを含む、経口ブドウ糖負荷試験および身体運動試験）はグリーンランドで行われます。 以下に説明する研究の最も侵襲的な部分は、デンマークのコペンハーゲンで行われます。

コペンハーゲンでの滞在中、参加者は、介入研究の 3 日前に消費される、エネルギーが一致した標準化された食事を受け取ります。 研究当日、参加者は一晩断食した後、研究室に到着します。 カテーテルは、両方の大腿静脈 (V) と 1 つの大腿動脈 (A) に配置されます。 筋生検は、片方の脚 (安静時の脚) の外側広筋から取得されます。 参加者は、もう一方の脚を安静時のコントロール脚として残して、片脚の膝伸展運動を 1 時間行います。 運動直後に生検が運動している脚から得られ、参加者は 3 時間絶食状態で休んでから、3 番目のセットの筋肉生検 (両脚から) と 1 つの腹部皮下脂肪生検が行われます。 その後、インスリン感受性は、2時間の生理学的高インスリン正常血糖クランプ中に評価されます。 クランプの終わりまでに、生検（両脚）の最終セットと腹部皮下脂肪生検が1つ得られます。 動脈と静脈の血液/血漿サンプルの調査日のサンプリングを通じて、2 本の脚による基質抽出の推定が可能になります。 さらに、超音波ドップラー技術による動脈血流の測定により、運動前、運動中、および運動からの回復における両脚の基質の取り込み/放出の最終的な計算が可能になります。 重要なことに、これらのプロセスを刺激するインスリンの能力は、安静時と以前に運動した脚の両方で評価できます。

研究者らは、特定された代謝遺伝子変異体の遺伝子調節への影響を理解するために、筋肉組織サンプルの詳細な転写プロファイリングを実行し、年齢、性別、BMI、遺伝子変異体、および転写プロファイル間の相関関係を定義することを計画しています。 変異した TBC1D4 によって影響を受ける主要な生化学的経路を定義するために、研究者は筋生検サンプルのメタボロミクス分析を行います。 変異の影響を受ける推定標的経路を特定するために、研究者は質量分析ベースのインタラクトームとプロテオミクス/ホスホプロテオミクス分析を実行します。 これらのデータと代謝分析から得られたデータに基づいて、研究者は、イヌイット保因者の糖尿病表現型への進行に関与する影響を受けた代謝プロセスをより適切に特定できるようになります。 そのような経路は、その後の分析で、追加の（リン酸化への）翻訳後修飾（例えば、 グリコシル化）、およびグルコースおよび脂肪代謝における重要な酵素の発現/活性。