METTL3がアテロプローン血流誘発内皮細胞糖酵解を媒介する

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糖酵解 内皮細胞 動脈硬化 METTL3 血流 RNA修飾 代謝再プログラミング

一、研究背景

動脈硬化（atherosclerosis）は心血管疾患の主要な病理基盤であり、その発生は血管内皮細胞（endothelial cells, ECs）の機能障害と密接に関連しています。血流力学要因は動脈硬化の地域選択性において決定的な役割を果たします：振動せん断応力（oscillatory shear stress, OS）（血管分岐部など）はプラーク形成を促進し、脈動せん断応力（pulsatile shear stress, PS）（直線血管部）は保護作用を示します。近年の研究で、ECsはOS作用下で代謝再プログラミング（metabolic reprogramming）が起こり、解糖系（glycolysis）が亢進することが明らかになりましたが、具体的な分子メカニズムは未解明でした。

エピトランスクリプトミクス（epitranscriptomics）分野において、RNAのm6Aメチル化修飾（N6-methyladenosine modification）はmRNAの安定性、スプライシング、翻訳効率を調節することで細胞機能に影響を与えることが判明しています。METTL3は主要なm6Aメチルトランスフェラーゼ（”writer”）として炎症反応に関与することが確認されていましたが、EC代謝調節における役割は未解明のままでした。本研究は初めてMETTL3がm6A修飾を介して解糖系関連遺伝子（HK1/PFKFB3/GCKR）を調節し、OS誘導性EC解糖系亢進を仲介するメカニズムを明らかにし、血糖降下薬SGLT2阻害剤（empagliflozin）がMETTL3抑制を通じて心血管保護作用を発揮することを発見しました。

二、論文出典

本論文は中米多機関の共同研究により完成し、責任著者はカリフォルニア大学サンディエゴ校（University of California, San Diego）のShu Chien教授とJohn Y-J Shyy教授チーム、筆頭著者は鄭州大学（Zhengzhou University）のGuo-Jun ZhaoとUC San DiegoのSo Yun Hanです。研究は2025年5月6日付けで『PNAS』（Volume 122, Issue 19）に掲載され、論文タイトルは『METTL3 mediates atheroprone flow–induced glycolysis in endothelial cells』です。

三、研究プロセスと結果

1. せん断力が解糖系遺伝子発現プロファイルに及ぼす影響

実験設計：
- GSE103672データセット（ヒト臍帯静脈内皮細胞HUVECをOS/PSに48時間曝露したRNA-seqデータ）の解析
- マウス頸動脈部分結紮モデルの単細胞RNA-seq（scRNA-seq）データ（n=6/群）

主要発見：
- OSはHK1、PFKFB3、ENO1などの解糖系遺伝子を顕著にアップレギュレート（log2FC>1.5，P<0.01）
- 結紮側頸動脈（低せん断力領域）ECsではHK2/PFKFB3発現が対照側より2-3倍高い

技術的特長：
バイオインフォマティクス交差検証戦略を採用し、in vitro流体せん断システムとin vivo動脈結紮モデルデータを統合。

2. METTL3の解糖系調節における機能検証

実験系：
- 遺伝子介入：siRNAによるMETTL3ノックダウン vs 野生型/触媒変異体（APPA）の過剰発現
- 機能測定：Seahorse細胞エネルギー代謝分析装置（ECAR値）、乳酸測定

結果：
- METTL3ノックアウトによりOS誘導性解糖系速度（ECAR）が40%低下（P<0.01）
- 乳酸産生量も同期して35%減少（n=6，P<0.05）
- Western blot解析：METTL3ノックダウンでHK1/PFKFB3タンパク質が50-60%減少、GCKRが2倍増加

メカニズム検証：
- m6A-RIP-qPCRによりOSがHK1/PFKFB3/GCKR mRNAの3’UTR領域m6A修飾を増加させることを確認
- m6A脱メチル化酵素FTOの過剰発現はOSの代謝調節効果を逆転

3. SGLT2阻害剤の作用機序解明

薬理実験：
- empagliflozin使用（10 μM，24時間処理）
- METTL3過剰発現レスキュー実験を併用

発見：
- empagliflozinはMETTL3タンパク質（非mRNA）レベルを60%低下
- 解糖系鍵酵素の発現変化はMETTL3ノックダウンフェノタイプと一致
- METTL3過剰発現はempagliflozinの抑制作用を相殺

技術的革新：
せん断力-エピトランスクリプトーム-薬剤介入を跨ぐマルチスケール研究モデルを初構築。

4. 生体内代謝イメージング検証

方法論的突破：
- 刺激ラマン散乱（stimulated Raman scattering, SRS）に基づくグルコース代謝トレーシング技術を開発
- 重水素化グルコース（D7-glucose）を用いた新生脂質合成の標識

動物実験：
- EC特異的METTL3ノックアウトマウス（n=7）vs 野生型（n=9）
- 3%D7-glucose飲水2週間後、大動脈弓（atheroprone）と胸大動脈（atheroprotective）領域を測定

重要データ：
- 野生型マウスでは大動脈弓領域のCD/CH比（脂質合成指標）が胸大動脈より2.1倍高い（P<0.01）
- METTL3ノックアウトでこの差異が消失
- NADH/フラビン比（酸化還元指標）も同期して正常化

四、研究結論と価値

科学的発見：
1. OS-METTL3-m6A-HK1/PFKFB3/GCKR軸がEC解糖系調節の核心メカニズムであることを解明
2. SGLT2阻害剤の心血管ベネフィットにおける新規エピジェネティック経路を発見

臨床的意義：
- 動脈硬化の地域選択性に対する代謝-力学連関の説明を提供
- METTL3を心血管-代謝症候群の潜在的治疗ターゲットとして提案

方法論的貢献：
- 血管代謝研究のためのSRSイメージング技術を確立
- m6A部位予測アルゴリズム（SRAMP）の生物学的応用新領域を開拓

五、研究のハイライト

  1. 革新的メカニズム：せん断力機械シグナル、m6Aエピ調節、代謝再プログラミングの三者連関を初めて統合
  2. トランスレーショナルメディシン価値：empagliflozinがMETTL3非古典的経路で作用することを発見
  3. 技術統合：単細胞シーケンシング、SRS生体イメージングなどのマルチオミクス技術を融合
  4. 動物モデル：EC特異的METTL3ノックアウトマウスを構築し臨床関連性を検証

六、展望

著者は今後の課題として以下を指摘：
- METTL3タンパク質安定性調節の具体的分子機構
- 他のせん断力感受性m6A”reader”タンパク質の関与様式
- 非糖尿病性動脈硬化に対するSGLT2阻害剤の予防可能性