肥満研究用レプチン経路モデル
肥満およびその予防・治療に関する研究を効果的に行うためには、肥満の発症メカニズムを理解することが不可欠である。肥満関連疾患のマウスモデルを活用することは、肥満およびその合併症の予防・治療に関する有意義な知見を得る上で極めて重要である。
肥満のメカニズム
多くの肥満患者には家族歴が存在する。これは、家族間で類似した遺伝子、食習慣、活動量が共有されているためである。体内における食欲、ストレス、不安、脂肪の合成・分解、エネルギー代謝などのプロセスの異常な調節は、すべて肥満の発症に寄与する。その中でも、レプチンシグナル経路および神経細胞におけるレプチン機能を媒介する分子シグナルの異常が、肥満に関連する最も一般的な遺伝的要因である[1]。
代表的な肥満モデル：ob/obマウスおよびdb/dbマウス
レプチン（LEP）は白色脂肪細胞から産生され、レプチン受容体（LEPR）に結合して下流シグナルを活性化することで、体脂肪量の調節に重要な役割を果たす。これは脂肪組織と視床下部の間における負のフィードバック機構に関与している。LEPおよびLEPRの遺伝子変異は、人間およびマウスにおいてともに肥満を引き起こす。
ob/obマウス（肥満マウス）は、Lep遺伝子に自然発生的なホモ接合変異を有しており、過食を引き起こし、重度の肥満表現型を示す[2]。一方、db/dbマウス（糖尿病マウス）は、Lepr遺伝子にホモ接合変異を有しており、生後1か月頃から過食と体重増加を開始する。同時にインスリン値が上昇し、2型糖尿病が発症する[3]。
Cyagenは、Lep遺伝子およびLepr遺伝子にノックアウトまたは変異導入を行うことで、ob/obマウス（製品番号：C001368）およびdb/dbマウス（製品番号：C001291）を確立した。これらのマウスは、重度の肥満および高血糖という古典的モデルと同様の表現型を示すことが確認されており、肥満および2型糖尿病研究に適している。
LEP/LEPR下流経路欠損モデル
1. Pomc-KOマウス
視床下部の弧形核において、プロオピオメラノコルチン（POMC）陽性神経細胞はレプチンの直接標的である。POMCはαメラノサイト刺激ホルモン（αMSH）を含む多様な生物学的活性ペプチドの前駆体である。脳内においてαMSHは強力な摂食抑制性神経ペプチドであり、視床下部の室周辺核などにおけるメラノコルチン受容体（MCR3/MCR4）を活性化することで摂食を抑制し、エネルギー消費を増加させる。POMC遺伝子のノックアウトおよびその後のPOMCペプチド欠損は、過食および顕著な肥満を引き起こす。高脂肪食を摂取すると肥満はさらに悪化する。ヘテロ接合型POMC-KOマウスは、軽度の肥満表現型を示す[4]。
2. Mc4r-KOマウス
アーグーティ関連ペプチド（AgRP）発現神経細胞およびαMSHは、メラノコルチン受容体（MCR）を通じてエネルギーバランスを調節する。その中でもメラノコルチン受容体サブタイプ4（MCR4）は、摂食制御に関与する主要な受容体である。MCR4は満腹感およびエネルギー恒常性の調節において重要な役割を果たしており、その変異は人間の肥満の一般的な遺伝的要因の一つである。Mc4rを特異的にノックアウトして機能不全化すると、マウスは過食および病的肥満を示し、高インスリン血症、高血糖、高レプチン血症などのグルコース関連表現型を伴う。多くの肥満モデルとは異なり、Mc4r-KOマウスは血中コルチコステロン値の上昇を示さず、レプチン、AgRP、αMSHに対して反応しない[5]。
3. Mc3r-KOマウス
メラノコルチン受容体サブタイプ3（MC3R）もエネルギーバランスを調節するタンパク質である。MC3Rは、MC4Rと共にレプチン-メラノコルチンシグナル経路における重要な受容体として機能する。MC3Rの変異は一部の集団における肥満と関連しており、まれな変異は個体の肥満感受性に大きな影響を与える可能性がある。Mc3r-KOマウスは軽度の肥満表現型および肥満症候群を示し、筋肉量の減少、脂肪量の増加、食事誘導型肥満（DIO）の加速、日中の食事制限行動の低下、代謝適応能の低下に加え、高レプチン血症、比較的軽度の高インスリン血症、運動量の減少を認めている[6-8]。
4. Mc3r/Mc4r-DKOマウス
MC3RおよびMC4Rは、神経系におけるメラノコルチン受容体であり、一部の相乗効果を示し、エネルギーバランスを調節する。そのため、Mc3rおよびMc4rの両遺伝子をノックアウトした二重ノックアウトマウス（Mc3r/Mc4r-DKO）は、単独ノックアウトマウスと比較して著しく重度の肥満表現型を示す[9]。ラットにおいても同様の現象が観察されており、Mc3r/Mc4r二重ノックアウトラットは、単独ノックアウトラットと比較してより重度のグルコース不耐性および高血糖を示す[10]。
肥満研究用モデルの推奨
ターゲット遺伝子編集マウスモデルは、肥満および代謝疾患の発症メカニズム研究、ならびにその後の薬剤開発および評価において極めて重要な役割を果たす。Cyagenは、独自に開発された数千種類のターゲット遺伝子編集マウス系統および多数の代謝疾患および食事誘導型肥満（DIO）モデルを提供している。当社のプラットフォームは、多様な代謝モデルおよびCRO検査能力を備えており、代謝疾患の理解と治療の進展を促進し、心血管疾患を含む関連病理の複雑な連関に対処することを目指している。LEP、LEPR、POMC、MC3R/MC4Rなど、さまざまな遺伝子ノックアウトまたはコンディショナルノックアウトマウスモデルを提供しており、さらに遺伝子カスタマイズサービスも提供し、研究プロジェクトの加速を支援できる。
| モデル名 | 製品番号 | 遺伝子 |
|---|---|---|
| B6-ob/ob | C001368 | LEP |
| B6-db/db | C001291 | LEPR |
| Pomc-KO | S-KO-03735 | POMC |
| Mc3r-KO | S-KO-03150 | MC3R |
| Mc4r-KO | S-KO-03151 | MC4R |
Cyagenは、その他の代謝および心血管疾患研究用モデルの開発も可能である。具体的には、自然発生型、誘導型、複合型、および手術モデルを含む。
| 食事誘導型肥満（DIO）モデル | 2型糖尿病モデル（T2DM） | 1型糖尿病モデル（T1DM） | 食事誘導型非アルコール性脂肪肝疾患（NAFLD）モデル |
| 化学誘導型NAFLDモデル | NAFLDモデル | 複合NAFLDモデル | 複合動脈硬化モデル |
| 動脈硬化モデル | 急性膵炎モデル | 慢性膵炎モデル |
食事誘導型肥満（DIO）モデルは、人間の肥満に関与する代謝因子を再現しており、食事、遺伝子、その他の要因が肥満、糖尿病、および関連代謝疾患の発症過程に与える影響を研究するための有用なモデルとして広く用いられている。DIOモデルの詳細については、当社のオプションをご確認ください。
Cyagenでは、多様な肥満マウスモデルおよび表現型解析サービスを提供しています。詳細やカスタムプロジェクトの見積もりについては、お問い合わせください。
参考文献
[1] Liu J, Yang X, Yu S, Zheng R. The Leptin Signaling. Adv Exp Med Biol. 2018;1090:123-144.
[2] Zhang Y, Proenca R, Maffei M, Barone M, Leopold L, Friedman JM. Positional cloning of the mouse obese gene and its human homologue. Nature. 1994 Dec 1;372(6505):425-32.
[3] Coleman DL. Obese and diabetes: two mutant genes causing diabetes-obesity syndromes in mice. Diabetologia. 1978 Mar;14(3):141-8.
[4] Yaswen L, Diehl N, Brennan MB, Hochgeschwender U. Obesity in the mouse model of pro-opiomelanocortin deficiency responds to peripheral melanocortin. Nat Med. 1999 Sep;5(9):1066-70.
[5] Huszar D, Lynch CA, Fairchild-Huntress V, Dunmore JH, Fang Q, Berkemeier LR, Gu W, Kesterson RA, Boston BA, Cone RD, Smith FJ, Campfield LA, Burn P, Lee F. Targeted disruption of the melanocortin-4 receptor results in obesity in mice. Cell. 1997 Jan 10;88(1):131-41.
[6] Butler AA, Kesterson RA, Khong K, Cullen MJ, Pelleymounter MA, Dekoning J, Baetscher M, Cone RD. A unique metabolic syndrome causes obesity in the melanocortin-3 receptor-deficient mouse. Endocrinology. 2000 Sep;141(9):3518-21.
[7] Sutton GM, Begriche K, Kumar KG, Gimble JM, Perez-Tilve D, Nogueiras R, McMillan RP, Hulver MW, Tschöp MH, Butler AA. Central nervous system melanocortin-3 receptors are required for synchronizing metabolism during entrainment to restricted feeding during the light cycle. FASEB J. 2010 Mar;24(3):862-72.
[8] Feng Y, Cao L, Metzger JM, Strack AM, Camacho RE, Mellin TN, Nunes CN, Min W, Fisher J, Gopal-Truter S, MacIntyre DE, Chen HY, Van der Ploeg LH. Inactivation of the mouse melanocortin-3 receptor results in increased fat mass and reduced lean body mass. Nat Genet. 2000 Sep;26(1):97-102.
[9] Chen AS, Marsh DJ, Trumbauer ME, Frazier EG, Guan XM, Yu H, Rosenblum CI, Vongs A, Feng Y, Cao L, Metzger JM, Strack AM, Camacho RE, Mellin TN, Nunes CN, Min W, Fisher J, Gopal-Truter S, MacIntyre DE, Chen HY, Van der Ploeg LH. Inactivation of the mouse melanocortin-3 receptor results in increased fat mass and reduced lean body mass. Nat Genet. 2000 Sep;26(1):97-102.
[10] You P, Hu H, Chen Y, Zhao Y, Yang Y, Wang T, Xing R, Shao Y, Zhang W, Li D, Chen H, Liu M. Effects of Melanocortin 3 and 4 Receptor Deficiency on Energy Homeostasis in Rats. Sci Rep. 2016 Oct 7;6:34938.
