D-アラニンは腎臓および概日時計における糖新生に関連している

タンパク質の構成要素であるアミノ酸が、L 型と D 型の 2 つの異なる形態で存在することが発見されたのはつい最近のことです。 すべての天然タンパク質は L-アミノ酸のみで構成されていますが、D-アミノ酸の機能は、私たちが毎日食べる食品に含まれているにもかかわらず、ほとんど理解されていません。

今回、大阪大学を中心とする多機関の研究チームは、D 型アミノ酸の 1 つである D-アラニンの機能を明らかにしました。 それで、それは何をするのでしょうか、そして彼らはどのようにしてその機能を明らかにしたのでしょうか？ 理解するには、少しの背景情報が必要です。

概日時計は、昼夜の 24 時間周期に合わせて体内で自然に変動するもので、多くの生物学的プロセスに影響を与えます。 その 1 つは糖新生で、炭水化物の摂取の代わりにエネルギー レベルを維持するために新しいグルコースが生成されます。 糖新生は概日リズムによって変化することが知られていましたが、その理由は不明でした。

ただし、いくつかの手がかりがありました。 D-アラニンはグルコースを代謝する組織に存在し、血中および尿中の微量の D-アラニンは概日リズムに従って変化することが報告されています。 特別な装置と高度な分析技術を使用して、研究者らは微量の希少アミノ酸を検出し、定量することができました。 その後、チームは、D-アラニンのレベルが概日時計に従って確実に変化することを検証できました。 この変動は、腎臓によって制御される尿を介した D-アラニンの除去によって引き起こされます。 彼らはまた、睡眠がD-アラニンレベルを調節する鍵であることを示した。

私たちは、腎臓が D-アラニンにさらされたときにどの遺伝子が発現するかを調べることにしました。 反復ランダムフォレストアルゴリズムを備えた深層学習分析を使用して、標的遺伝子を特定しました。 私たちは、D-アラニンが糖新生に関連する遺伝子と概日リズムに関連することが知られている遺伝子の両方を上方制御することを発見しました。」

研究の筆頭著者、酒井信介氏

遺伝子発現を調節するタンパク質である転写因子の分析により、D-アラニンによって誘発される変化は、重要な概日調節因子であることが知られているCry2と呼ばれるタンパク質によって媒介されることが示されました。 概日リズムが乱れた状態では、D-アラニンの治療により生活リズムが改善されました。

「これらの実験を通じて、D-アラニンが腎臓における糖新生と概日時計との関連性を示し、D-アラニンが概日転写ネットワークを通じて糖新生を活性化することを示すことができました。」と上級著者の木村友則氏は述べています。

D-アラニンと概日時計の関係を明らかにすることは、これらの希少な D-アミノ酸についての理解において大きな前進となります。 興味深い可能性の 1 つは、グルコースに関連する疾患 (糖尿病など) や概日時計 (睡眠障害など) の新しい治療法です。