JP5246740B2 - Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them - Google Patents

Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them Download PDF

Info

Publication number
JP5246740B2
JP5246740B2 JP2007283929A JP2007283929A JP5246740B2 JP 5246740 B2 JP5246740 B2 JP 5246740B2 JP 2007283929 A JP2007283929 A JP 2007283929A JP 2007283929 A JP2007283929 A JP 2007283929A JP 5246740 B2 JP5246740 B2 JP 5246740B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
exercise
gene
muscle
stimulation
protein
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2007283929A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009106235A (en
Inventor
展 神崎
拓 根建
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Original Assignee
Tohoku University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tohoku University NUC filed Critical Tohoku University NUC
Priority to JP2007283929A priority Critical patent/JP5246740B2/en
Publication of JP2009106235A publication Critical patent/JP2009106235A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5246740B2 publication Critical patent/JP5246740B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、遺伝子の発現量を測定し、その変動に基づき、筋肉に負荷された運動刺激の強度を検出する方法、それに使用する測定キット、及び、該遺伝子又は遺伝子産物の各種利用等に関する。   The present invention relates to a method for measuring the expression level of a gene and detecting the intensity of a motion stimulus loaded on a muscle based on the variation thereof, a measurement kit used for the method, and various uses of the gene or gene product.

適度な運動は、筋での正常な代謝を維持する上で極めて重要である。特に、近年、世界的な社会問題とまでなっている糖尿病の予防及び治療として、食事療法と共に運動療法が大きな効果を発揮することが明らかとなりつつある。 Moderate exercise is extremely important in maintaining normal metabolism in the muscle. In particular, it is becoming clear that exercise therapy, together with diet therapy, exerts a great effect as prevention and treatment of diabetes, which has become a global social problem in recent years.

一方、これら疾病の特徴から、運動療法が効果的であると考えられる場合においても、個々人の病態や生活習慣によって運動療法を有効に活用できない場合も多い。 On the other hand, even if it is considered that exercise therapy is effective due to the characteristics of these diseases, there are many cases where exercise therapy cannot be effectively used depending on the individual's pathological condition and lifestyle.

又、運動はよい効果を発揮すると同時に、活性酸素の産生や炎症作用などの悪い側面をも合わせ持っており、適切な運動(運動の質)と適度な強度(運動の強度)を考慮する必要がある。また、運動の悪い側面を除外することは、より効果的に運動のよい効果を招来するために重要である。 In addition to exerting good effects, exercise also has bad aspects such as active oxygen production and inflammatory action, and it is necessary to consider proper exercise (exercise quality) and moderate intensity (exercise intensity) There is. In addition, it is important to exclude the bad aspect of exercise in order to bring about a good effect of exercise more effectively.

更に、このような正常時あるいは病態時における「適度な運動」及び「適度な強度」は個人差が大きく、またどのような指標で評価することが適切であるかについて、経験的な判断によるところが大きく、科学的な根拠に基づいた統一的な見解は得られていない。 Furthermore, “moderate exercise” and “moderate intensity” during normal or pathological conditions vary widely among individuals, and what indicators should be evaluated are based on empirical judgment. There is no large, unified view based on scientific evidence.

現在、こうした運動の評価に有効と考えられる手段のひとつとして、運動前後の筋肉を微量採取し、その糖・脂質代謝状態を測定することで運動効果を評価する方法があるが(非特許文献1)、高侵襲性の方法であり対象への負荷が大きすぎること、また評価方法が複雑かつ熟練を要するため一般的な評価方法として用いることは困難であること、などの理由から実用化には至っていない。 Currently, there is a method for evaluating the exercise effect by collecting a small amount of muscle before and after exercise and measuring the sugar / lipid metabolic state as one of the means considered to be effective for such exercise evaluation (Non-patent Document 1). ), Because it is a highly invasive method and the load on the subject is too great, and it is difficult to use as a general evaluation method because the evaluation method is complicated and requires skill. Not reached.

また、運動効果がどのように筋肉に影響を与えるのかを解析することを目的に基礎研究を行おうとした場合、動物から採取された筋肉あるいは培養筋細胞に電気パルス刺激などを加えることで運動を模す試みは行われているものの(非特許文献2)、その運動がどの程度の強度であるのかを簡便に評価する方法や、あるいは筋肉への代謝環境への効果を簡便に評価する方法も確立されていない。
Shenk S and Horowitz JF (2007) Acute exercise increases triglyceride synthesis in skeletal muscle and prevents fatty acid-induced insulin resistance. J Clin Invest 117(6): 1690-8 Brevet A, Pinto E, Peacock J, Stockdale FE (1976) Myosin synthesis increased by electrical stimulation of skeletal muscle cell cultures. Science 193(4258): 1152-1154 Nedachi T and Kanzaki M, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2006年, 第291巻(4号)、E817-828頁
In addition, when conducting basic research aimed at analyzing how exercise effects affect muscles, exercise can be performed by applying electrical pulse stimulation to muscles collected from animals or cultured muscle cells. Although attempts have been made (Non-Patent Document 2), there are also methods for simply evaluating the intensity of the exercise and methods for simply evaluating the effect on the metabolic environment on muscles. Not established.
Shenk S and Horowitz JF (2007) Acute exercise increases triglyceride synthesis in skeletal muscle and prevents fatty acid-induced insulin resistance. J Clin Invest 117 (6): 1690-8 Brevet A, Pinto E, Peacock J, Stockdale FE (1976) Myosin synthesis increased by electrical stimulation of skeletal muscle cell cultures. Science 193 (4258): 1152-1154 Nedachi T and Kanzaki M, Am J Physiol Endocrinol Metab, 2006, 291 (4), E817-828

従って、本発明の目的は上記の課題を解決することである。即ち、より具体的には、本発明の目的は、動物より採取した筋肉あるいは培養筋細胞系などを用いて、運動強度と関連して発現量が変動する酵素タンパク質、分泌タンパク質、若しくはそれらの受容体、又は、それらをコードする遺伝子を利用した、正常あるいは病態時における運動が、運動強度の評価ならびに筋エネルギー消費をはじめとする総合的な代謝状態に及ぼす影響を測定する低侵襲的かつ簡便な方法を提供すること等である。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems. That is, more specifically, the object of the present invention is to use an enzyme protein, a secreted protein, or a receptor thereof whose expression level varies in relation to exercise intensity using muscle or cultured muscle cell line collected from an animal. A minimally invasive and simple method for measuring the effects of exercise on normal or pathological conditions using the body or genes encoding them on the overall metabolic state, including assessment of exercise intensity and muscle energy consumption Such as providing a method.

本発明者等はこれまでに、培養筋細胞系に電気パルス刺激を与えることによって、擬似的運動刺激を観察できる特殊培養細胞系を構築してきた(特開2006−296282号公報、特開2006−340637号公報)。本発明者はこの独創的な研究をさらに発展させ、筋管細胞の粗精製方法の開発と網羅的遺伝子発現解析などの方法を駆使して、今回、特定の分泌タンパク質及び/又はその受容体をコードする遺伝子が運動依存的に発現変動することを見出し、更に、それらの中で筋の健康状態や代謝を調節するあるいは連関する遺伝子/タンパク質を同定し、本発明を完成させるに至った。   The inventors of the present invention have so far constructed a special cultured cell system capable of observing a pseudo motor stimulus by applying an electric pulse stimulus to the cultured muscle cell system (Japanese Patent Laid-Open Nos. 2006-296282 and 2006). No. 340637). The present inventor has further developed this original research and developed a method for rough purification of myotube cells and a method for comprehensive gene expression analysis. The present inventors have found that the gene to be encoded changes in expression in an exercise-dependent manner, and further, identified genes / proteins that regulate or link muscle health and metabolism, and completed the present invention.

即ち、本発明は以下の態様にかかる。
[態様1]以下の54種類の遺伝子から成る遺伝子群から選択される少なくとも一種類の遺伝子の発現量を測定し、その変動に基づき、筋肉に負荷された運動刺激の強度を検出する方法:
(1) C-X-C ligand 1 、(2) C-X-C receptor 7 (CXCR7) 、(3) C-X-C ligand 5 、(4) Oncostatin R 、(5) Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1)、 (6) GPR43、 (7)VEGF-D 、(8)SCF/kit-ligand 、(9) COX2、 (10) prrx1、 (11) HDAC9 、(12) Interleukin-6 (IL-6)、 (13) FKBP11、 (14) oxysterol binding protein-like 1 (OSBPL1)、(15) SERPING、(16)Ubiquitin-conjugating enzyme E2B、(17)TBC domain family member1、(18)Ubiquitin-conjugating enzyme E2N、(19)Fibroblast growth factor 21、(20)Adaptor-related protein complex 2、(21)Ubiquitin-conjugating enzyme E2 variant 2、(22)IGFBP5、(23)Ubiquitin specific peptidase 15、(24)CD28 antigen、(25)Epsin 2、(26)Toll interacting protein、(27)von Hippel-Lindau syndrome homolog、(28)Ubiquitin specific peptidase 12、(29)SUMO/sentrin specific peptidase 2、(30)Heme oxygenase (decycling)1、(31)Dual specificity phosphatases 18、(32)Ubiquitin specific peptidase 22、(33)Ubiquitin protein ligase E3A、(34)Protein phosphatase 1、(35)Hect domain and RCC1-like domain、(36)Calpastatin、(37)RAB GTPase activating protein 1、(38)Ubiquitin-conjugating enzyme E2L3、(39)interleukin 13 receptor alpha1、(40)RAD23a homolog (S. cerevisiae)、(41)Ubiquitin specific peptidase 9、 (42) Ubiquitin fusion degradation 1 like、(43)protein phosphatases 4 catalytic subunit、(44)ubiquitin-conjugating enzyme E2D3、(45)IGFBP6、(46)Sphingosine phosphate lyase 1、(47)adaptor protein complex AP-2 alpha2 subunit、(48)RAB10、(49)HECT domain containing 1、(50)Ubiquitin specific peptidase 14、(51)Ubiquitin specific peptidase 32、(52)interleukin-1 receptor associated kinase 2、(53)ubiquitin-conjugating enzyme E2M、(52)adaptor-related protein complex 3、 (53)Ubiquitin specific peptidase 4、及び(54)Dual specificity phosphatases 4。
[態様2]以下の15種類の遺伝子から成る遺伝子群から選択される少なくとも一種類の遺伝子の発現量を測定し、その亢進量に基づき、筋肉に負荷された運動刺激の強度を検出する方法:
(1) C-X-C ligand 1 、(2) C-X-C receptor 7 (CXCR7) 、(3) C-X-C ligand 5 、(4) Oncostatin R 、(5) Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1)、 (6) GPR43、 (7)VEGF-D 、(8)SCF/kit-ligand 、(9) COX2、 (10) prrx1、 (11) HDAC9 、(12) Interleukin-6 (IL-6)、 (13) FKBP11、 (14) oxysterol binding protein-like 1 (OSBPL1)、及び(15) SERPING。
[態様3]遺伝子群が、C-X-C ligand 1及びC-X-C ligand 5から成る、態様2記載の方法。
[態様4]以下の39種類の遺伝子から成る遺伝子群から選択される少なくとも一種類の遺伝子の発現量を測定し、その減弱量に基づき、筋肉に負荷された運動刺激の強度を検出する方法:
(16)Ubiquitin-conjugating enzyme E2B、 (17)TBC domain family member1、(18)Ubiquitin-conjugating enzyme E2N、(19)Fibroblast growth factor 21、(20)Adaptor-related protein complex 2、(21)Ubiquitin-conjugating enzyme E2 variant 2、(22)IGFBP5、(23)Ubiquitin specific peptidase 15、(24)CD28 antigen、(25)Epsin 2、(26)Toll interacting protein、(27)von Hippel-Lindau syndrome homolog、(28)Ubiquitin specific peptidase 12、(29)SUMO/sentrin specific peptidase 2、(30)Heme oxygenase (decycling)1、(31)Dual specificity phosphatases 18、(32)Ubiquitin specific peptidase 22、(33)Ubiquitin protein ligase E3A、(34)Protein phosphatase 1、(35)Hect domain and RCC1-like domain、(36)Calpastatin、(37)RAB GTPase activating protein 1、(38)Ubiquitin-conjugating enzyme E2L3、(39)interleukin 13 receptor alpha1、(40)RAD23a homolog (S. cerevisiae)、(41)Ubiquitin specific peptidase 9、 (42) Ubiquitin fusion degradation 1 like、(43)protein phosphatases 4 catalytic subunit、(44)ubiquitin-conjugating enzyme E2D3、(45)IGFBP6、(46)Sphingosine phosphate lyase 1、(47)adaptor protein complex AP-2 alpha2 subunit、(48)RAB10、(49)HECT domain containing 1、(50)Ubiquitin specific peptidase 14、(51)Ubiquitin specific peptidase 32、(52)interleukin-1 receptor associated kinase 2、(53)ubiquitin-conjugating enzyme E2M、(52)adaptor-related protein complex 3、 (53)Ubiquitin specific peptidase 4、及び(54)Dual specificity phosphatases 4。
[態様5]運動刺激が筋肉に負荷された擬似的運動刺激によりもたらされるものである、態様1〜4のいずれか一項に記載の方法。
[態様6]擬似的運動刺激が電気パルス刺激である、態様4記載の方法。
[態様7]筋肉が培養筋管細胞である、態様1〜6のいずれか一項に記載の方法。
[態様8]遺伝子の発現量を該遺伝子の転写後の段階で測定する、態様1〜7のいずれか一項に記載の方法。
[態様9]遺伝子の発現量を、ノーザンブロット法、RT-PCR法、リアルタイムPCR法、in situ ハイブリダイゼーション法、又はマイクロアレイ法により測定する、態様8記載の方法。
[態様10]遺伝子の発現量を該遺伝子の翻訳後の段階で測定する、態様1〜7のいずれか一項に記載の方法。
[態様11]遺伝子の発現量を、ウエスタンブロット法、RIA法、ELISA法、又は、免役染色法により測定する、態様10記載の方法。
[態様12]態様1〜11記載のいずれか一項に記載の方法に使用する遺伝子発現測定キット。
[態様13]態様1記載の54種類の遺伝子から成る遺伝子群から選択される少なくとも一種類の遺伝子の塩基配列からなるヌクレオチドまたはその一部配列を含むヌクレオチドをターゲットとしたプローブあるいはプライマーを含む、態様10記載の遺伝子発現測定キット。
[態様14]態様1記載の54種類の遺伝子から成る遺伝子群から選択される少なくとも一種類の遺伝子の発現産物を有効成分として含有する、運動刺激による筋肉におけるインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量を増強又は抑制する作用を有する医薬組成物。
[態様15] C-X-C ligand 1、C-X-C ligand 4 、及びC-X-C ligand 5から成る遺伝子群から選択される少なくとも一種類の遺伝子の発現産物を有効成分として含有する、運動刺激による筋肉におけるインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量を増強する作用を有する医薬組成物。
[態様16] Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1)の発現産物を有効成分として含有する、運動刺激による筋肉におけるインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量を抑制する作用を有する医薬組成物。
[態様17]運動依存的な代謝改善効果を模すか若しくは増強する治療薬、又は予防薬である、態様14〜16のいずれか一項に記載の医薬組成物。
[態様18]被検物質の存在下又は非存在下で、態様1〜11のいずれか一項に記載の方法で遺伝子の発現量を測定し、発現量を変動させる物質を選択することから成る、運動刺激による筋肉へのインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量の増強又は抑制作用を修飾する物質をスクリーニングする方法。
[態様19]遺伝子がC-X-C ligand 1、C-X-C ligand 4 、及び/又はC-X-C ligand 5である、運動刺激による筋肉へのインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量の増強を修飾する物質をスクリーニングする、態様18記載の方法。
[態様20]遺伝子がWnt inhibitory factor-1 (WIF-1)である、運動刺激による筋肉へのインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量の抑制を修飾する物質をスクリーニングする、態様18記載の方法。
That is, the present invention relates to the following aspects.
[Aspect 1] A method of measuring the expression level of at least one gene selected from the following gene group consisting of 54 types of genes and detecting the intensity of the exercise stimulus loaded on the muscle based on the variation:
(1) CXC ligand 1, (2) CXC receptor 7 (CXCR7), (3) CXC ligand 5, (4) Oncostatin R, (5) Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1), (6) GPR43, ( 7) VEGF-D, (8) SCF / kit-ligand, (9) COX2, (10) prrx1, (11) HDAC9, (12) Interleukin-6 (IL-6), (13) FKBP11, (14) oxysterol binding protein-like 1 (OSBPL1), (15) SERPING, (16) Ubiquitin-conjugating enzyme E2B, (17) TBC domain family member1, (18) Ubiquitin-conjugating enzyme E2N, (19) Fibroblast growth factor 21, ( 20) Adaptor-related protein complex 2, (21) Ubiquitin-conjugating enzyme E2 variant 2, (22) IGFBP5, (23) Ubiquitin specific peptidase 15, (24) CD28 antigen, (25) Epsin 2, (26) Toll interacting protein, (27) von Hippel-Lindau syndrome homolog, (28) Ubiquitin specific peptidase 12, (29) SUMO / sentrin specific peptidase 2, (30) Heme oxygenase (decycling) 1, (31) Dual specificity phosphatases 18, (32 ) Ubiquitin specific peptidase 22, (33) Ubiquitin protein ligase E3A, (34) Protein phosphatase 1, (35) Hect domain and RCC1-like domain , (36) Calpastatin, (37) RAB GTPase activating protein 1, (38) Ubiquitin-conjugating enzyme E2L3, (39) interleukin 13 receptor alpha1, (40) RAD23a homolog (S. cerevisiae), (41) Ubiquitin specific peptidase 9 (42) Ubiquitin fusion degradation 1 like, (43) protein phosphatases 4 catalytic subunit, (44) ubiquitin-conjugating enzyme E2D3, (45) IGFBP6, (46) Sphingosine phosphate lyase 1, (47) adapter protein complex AP-2 alpha2 subunit, (48) RAB10, (49) HECT domain containing 1, (50) Ubiquitin specific peptidase 14, (51) Ubiquitin specific peptidase 32, (52) interleukin-1 receptor associated kinase 2, (53) ubiquitin-conjugating enzyme E2M, (52) adapter-related protein complex 3, (53) Ubiquitin specific peptidase 4, and (54) Dual specificity phosphatases 4.
[Aspect 2] A method of measuring the expression level of at least one gene selected from the gene group consisting of the following 15 genes and detecting the intensity of the exercise stimulus loaded on the muscle based on the enhancement amount:
(1) CXC ligand 1, (2) CXC receptor 7 (CXCR7), (3) CXC ligand 5, (4) Oncostatin R, (5) Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1), (6) GPR43, ( 7) VEGF-D, (8) SCF / kit-ligand, (9) COX2, (10) prrx1, (11) HDAC9, (12) Interleukin-6 (IL-6), (13) FKBP11, (14) oxysterol binding protein-like 1 (OSBPL1), and (15) SERPING.
[Aspect 3] The method according to Aspect 2, wherein the gene group consists of CXC ligand 1 and CXC ligand 5.
[Aspect 4] A method for measuring the expression level of at least one gene selected from the gene group consisting of the following 39 genes and detecting the intensity of the exercise stimulus loaded on the muscle based on the amount of attenuation:
(16) Ubiquitin-conjugating enzyme E2B, (17) TBC domain family member1, (18) Ubiquitin-conjugating enzyme E2N, (19) Fibroblast growth factor 21, (20) Adapter-related protein complex 2, (21) Ubiquitin-conjugating enzyme E2 variant 2, (22) IGFBP5, (23) Ubiquitin specific peptidase 15, (24) CD28 antigen, (25) Epsin 2, (26) Toll interacting protein, (27) von Hippel-Lindau syndrome homolog, (28) Ubiquitin specific peptidase 12, (29) SUMO / sentrin specific peptidase 2, (30) Heme oxygenase (decycling) 1, (31) Dual specificity phosphatases 18, (32) Ubiquitin specific peptidase 22, (33) Ubiquitin protein ligase E3A, ( 34) Protein phosphatase 1, (35) Hect domain and RCC1-like domain, (36) Calpastatin, (37) RAB GTPase activating protein 1, (38) Ubiquitin-conjugating enzyme E2L3, (39) interleukin 13 receptor alpha1, (40 ) RAD23a homolog (S. cerevisiae), (41) Ubiquitin specific peptidase 9, (42) Ubiquitin fusion degradation 1 like, (43) protein phosphatases 4 catalytic subunit, (44) ubiquitin-conjugat ing enzyme E2D3, (45) IGFBP6, (46) Sphingosine phosphate lyase 1, (47) adapter protein complex AP-2 alpha2 subunit, (48) RAB10, (49) HECT domain containing 1, (50) Ubiquitin specific peptidase 14, (51) Ubiquitin specific peptidase 32, (52) interleukin-1 receptor associated kinase 2, (53) ubiquitin-conjugating enzyme E2M, (52) adapter-related protein complex 3, (53) Ubiquitin specific peptidase 4, and (54) Dual specificity phosphatases 4.
[Aspect 5] The method according to any one of Aspects 1 to 4, wherein the exercise stimulus is caused by a pseudo exercise stimulus loaded on a muscle.
[Aspect 6] The method according to Aspect 4, wherein the pseudo motor stimulus is an electric pulse stimulus.
[Aspect 7] The method according to any one of Aspects 1 to 6, wherein the muscle is a cultured myotube cell.
[Aspect 8] The method according to any one of Aspects 1 to 7, wherein the expression level of the gene is measured at a stage after transcription of the gene.
[Aspect 9] The method according to Aspect 8, wherein the expression level of the gene is measured by Northern blotting, RT-PCR, real-time PCR, in situ hybridization, or microarray method.
[Aspect 10] The method according to any one of Aspects 1 to 7, wherein the expression level of the gene is measured at a stage after translation of the gene.
[Aspect 11] The method according to Aspect 10, wherein the gene expression level is measured by Western blotting, RIA, ELISA, or immunostaining.
[Aspect 12] A gene expression measurement kit for use in the method according to any one of Aspects 1-11.
[Aspect 13] Aspect including a probe or primer targeting a nucleotide comprising a nucleotide sequence of at least one gene selected from the gene group consisting of 54 types of genes according to Aspect 1 or a nucleotide comprising a partial sequence thereof 10. The gene expression measurement kit according to 10.
[Aspect 14] Insulin-dependent sugar uptake or GLUT4 membrane in muscle by exercise stimulation, containing as an active ingredient an expression product of at least one gene selected from the gene group consisting of 54 types of genes according to Aspect 1 A pharmaceutical composition having an action of enhancing or suppressing the amount of migration.
[Embodiment 15] Insulin-dependent sugar in muscle by muscle stimulation, containing as an active ingredient an expression product of at least one gene selected from the gene group consisting of CXC ligand 1, CXC ligand 4, and CXC ligand 5 A pharmaceutical composition having an action of enhancing uptake or GLUT4 membrane migration.
[Aspect 16] A pharmaceutical composition containing an expression product of Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1) as an active ingredient and having an action of inhibiting insulin-dependent sugar uptake or GLUT4 membrane translocation in muscle by exercise stimulation .
[Aspect 17] The pharmaceutical composition according to any one of Aspects 14 to 16, which is a therapeutic agent or a prophylactic agent that simulates or enhances an exercise-dependent metabolic improvement effect.
[Aspect 18] The method comprises measuring the expression level of a gene by the method according to any one of Aspects 1 to 11 in the presence or absence of a test substance, and selecting a substance that varies the expression level. A method of screening for a substance that modifies the action of enhancing or suppressing the insulin-dependent sugar uptake into muscle or the amount of GLUT4 membrane transfer by muscle stimulation.
[Aspect 19] Screening for a substance that modifies insulin-dependent sugar uptake into muscle or enhancement of GLUT4 membrane translocation amount by exercise stimulation, wherein the gene is CXC ligand 1, CXC ligand 4 and / or CXC ligand 5. The method according to embodiment 18.
[Aspect 20] Aspect 18, wherein the gene is Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1), and a substance that modifies insulin-dependent sugar uptake into muscle or suppression of the amount of GLUT4 membrane transfer by muscle stimulation is screened the method of.

実施例に示すように、本発明者等が開発した特殊培養筋細胞系において電気パルス刺激(擬似的運動刺激)に応答して、その発現量が変動(亢進/減弱)する遺伝子群を見出した。その中で、特に当該遺伝子群の中で、分泌タンパク質群に着目して詳細に解析した結果、インスリンや運動依存的な糖代謝のキーファクターとなるGLUT4の膜移行量が、分泌タンパク質によって正負両面の修飾を受けていることを発見した。 As shown in the Examples, a group of genes whose expression level fluctuates (enhanced / decreased) in response to electrical pulse stimulation (pseudo-motor stimulation) in a special cultured muscle cell system developed by the present inventors was found. . Among these genes, in particular, a detailed analysis focusing on the secreted protein group revealed that the amount of GLUT4 membrane translocation, which is a key factor for insulin and exercise-dependent sugar metabolism, depends on the secreted protein. I found out that it was modified.

その結果、当該遺伝子群ならびに当該遺伝子群によって産生されるタンパク質群の発現量の変動(亢進又は減弱した量、又はそれらの程度)を定量的又は定性的に測定することによって、運動強度及び運動が筋肉の代謝に及ぼす効果等を低侵襲的に検出することが出来る。 As a result, it is possible to measure exercise intensity and exercise by quantitatively or qualitatively measuring fluctuations in the expression level of the gene group and the protein group produced by the gene group (amount increased or attenuated, or their degree). Effects on muscle metabolism can be detected in a minimally invasive manner.

更には、それらを有効成分として利用することによって、運動の筋代謝改善効果を模した作用あるいは運動の筋代謝改善効果をさらに増強すること等も可能である。 Furthermore, by using them as active ingredients, it is possible to simulate the effect of improving muscle metabolism of exercise or to further enhance the effect of improving muscle metabolism of exercise.

本発明方法で発現量を測定する遺伝子自体は公知であるが、電気パルス刺激(擬似的運動刺激)等に代表される運動刺激が負荷されることにより、或いは、非運動時あるいは低運動時と比較して強運動時の筋・血中で、その発現量が亢進/減弱することは、今回、本発明者によって初めて見出されたものである。これらの遺伝子は、本明細書中の以下の実施例で示されるように、健康な筋肉を形成・維持するために貢献するだけでなく、糖や脂質などの代謝を改善する運動強度の測定に関しても、キー分子となりうる遺伝子群である。   The gene itself whose expression level is measured by the method of the present invention is publicly known. However, when a motor stimulus represented by an electric pulse stimulus (pseudo motor stimulus) or the like is applied, or during non-exercise or low exercise Compared with muscle / blood during strong exercise, the expression level is increased / decreased for the first time by the present inventors. These genes not only contribute to the formation and maintenance of healthy muscles, but also to measure exercise intensity that improves metabolism such as sugars and lipids, as shown in the examples below. Is a group of genes that can be key molecules.

上記の各遺伝子群は細胞外に分泌される分泌性タンパク質ならびに細胞内タンパク質(酵素)をコードする遺伝子群である。本発明で用いられる分泌タンパク質ならびに細胞内タンパク質(酵素)は、ヒト、ラット及びマウス等をはじめとする哺乳動物・脊椎動物・真核生物・原核生物の分泌タンパク質ホモログを含む。 Each of the above gene groups is a gene group that encodes secreted proteins secreted extracellularly and intracellular proteins (enzymes). Secreted proteins and intracellular proteins (enzymes) used in the present invention include mammalian, vertebrate, eukaryotic and prokaryotic secreted protein homologues including humans, rats and mice.

本発明方法において、筋肉に負荷された運動刺激の強度を検出するためには、該筋肉、又はその近傍に存在する血液などを含む種々の組織、体液、又は器官等における各遺伝子の発現状況を調べる必要がある。ここで「筋肉」とは、生体筋(in vivo筋)だけでなく、初代培養筋細胞、培養筋細胞又は培養筋管細胞等の細胞株も含む概念である。また、この「筋肉」はヒトをはじめとする哺乳類由来のものを使用することが好ましいが、他の動物種の筋肉を用いることもできる。又、運動刺激は、実施例に示されたような当業者に公知の任意の方法で実施される電気パルス刺激等に代表される「擬似的運動刺激」によりもたらされるものでもよい。特に、細胞株を用いて本発明方法を実施する場合には、該細胞株にこのような擬似的運動刺激を負荷して遺伝子の発現量の変化を測定することが出来る。 In the method of the present invention, in order to detect the intensity of the exercise stimulus loaded on the muscle, the expression status of each gene in various tissues, body fluids, organs, etc. including blood existing in the muscle or the vicinity thereof is determined. It is necessary to investigate. Here, “muscle” is a concept that includes not only living muscles (in vivo muscles) but also cell lines such as primary cultured muscle cells, cultured muscle cells, or cultured myotube cells. The “muscle” is preferably derived from mammals including humans, but muscles of other animal species can also be used. Further, the movement stimulation may be provided by “pseudo movement stimulation” represented by an electric pulse stimulation or the like performed by any method known to those skilled in the art as shown in the embodiments. In particular, when the method of the present invention is carried out using a cell line, the change in gene expression level can be measured by applying such a pseudo-stimulation to the cell line.

このような運動刺激の強度を検出のためには、上記遺伝子群の中の少なくとも1種、好ましくは少なくとも任意の2種類の遺伝子、例えば、C-X-C ligand 1及びC-X-C ligand 5、更に好ましくは少なくとも任意の適当な数、例えば、5種類の遺伝子の組み合わせ、最も好ましくは全部の種類の遺伝子を測定すればよい。 In order to detect the intensity of such motor stimulation, at least one of the above gene group, preferably at least any two genes, for example, CXC ligand 1 and CXC ligand 5, more preferably at least any An appropriate number, for example, a combination of 5 types of genes, most preferably all types of genes may be measured.

本発明方法のスクリーニング方法において、各遺伝子の発現量は、当業者に公知の任意の方法で、転写及び翻訳等の任意の各段階において測定することが可能である。 In the screening method of the method of the present invention, the expression level of each gene can be measured at any stage such as transcription and translation by any method known to those skilled in the art.

例えば、転写後の段階における測定では、本発明のスクリーニング方法において、各遺伝子の発現量はそれをコードするmRNA又はcDNAの量により測定することも可能である。このようなmRNAの測定は各遺伝子(DNA)の塩基配列に基づき適宜設計したプライマーを使用したRT-PCR法及びリアルタイムPCR法等の各種PCR法等、ノーザンブロット法、in situ ハイブリダイゼーション法、並びにマイクロアレイ法(DNAチップ)法等の当業者に公知の方法で行うことが出来る。   For example, in the measurement after the transcription, in the screening method of the present invention, the expression level of each gene can be measured by the amount of mRNA or cDNA encoding it. Such mRNA is measured by various PCR methods such as RT-PCR method and real-time PCR method using primers designed appropriately based on the base sequence of each gene (DNA), Northern blot method, in situ hybridization method, and It can be performed by a method known to those skilled in the art, such as a microarray method (DNA chip) method.

或いは、翻訳後の段階における測定では、ウエスタンブロット法、RIA法、ELISA法、免役染色法等により測定することが可能である。以上、ここに挙げた方法は当業者に任意のいずれも公知の方法で行うことができる。   Alternatively, the measurement at the post-translational stage can be performed by Western blotting, RIA, ELISA, immunostaining, or the like. As described above, any of the methods listed here can be performed by those skilled in the art by any known method.

本発明方法に使用される遺伝子発現測定キットは、各遺伝子発現量の具体的な測定原理等に応じて、適当な構成をとることが出来る。該キットは、例えば、本発明の蛋白質を特異的に認識する抗体から成る試薬、又は、上記のmRNA又はcDNAの測定の為の、上記遺伝子のヌクレオチドまたはその一部配列を含むヌクレオチドをターゲットとした、増幅用プライマー及びハイブリダイゼーション用のプローブを含むことが出来る。これらプライマー又はプローブは、その用途に応じて、適当な長さ、例えば、10〜100個の連続した塩基配列から成る。   The gene expression measurement kit used in the method of the present invention can take an appropriate configuration according to the specific measurement principle of each gene expression level. The kit targets, for example, a reagent comprising an antibody that specifically recognizes the protein of the present invention, or a nucleotide containing the nucleotide of the above gene or a partial sequence thereof for the measurement of the above mRNA or cDNA. , Amplification primers and hybridization probes. These primers or probes have an appropriate length, for example, 10 to 100 consecutive base sequences depending on the application.

以上のキットに構成要素として含まれる、各種のプライマー、プローブ、又は、抗体は、当業者に公知の任意の放射性物質、蛍光物質、色素等の適当な標識物質によって標識されていても良い。更に、上記キットには、その構成・使用目的などに応じて、当業者に公知の他の要素又は成分、例えば、各種試薬、酵素、緩衝液、反応プレート(容器)等が含まれる。   Various primers, probes, or antibodies included as components in the above kit may be labeled with an appropriate labeling substance such as any radioactive substance, fluorescent substance, and dye known to those skilled in the art. Further, the kit includes other elements or components known to those skilled in the art, such as various reagents, enzymes, buffers, reaction plates (containers), and the like, depending on the configuration and purpose of use.

ここで上記の各遺伝子は、以下の表2〜表5に記載されているような遺伝子の名称及びアクセション番号を有するものであり、それらの塩基配列情報等は各寄託機関のデータベースから容易に入手することができる。ここで、表2に示した遺伝子は運動刺激に応答して発現が亢進(上昇)するものであり、一方、表3〜表5に示した遺伝子は運動刺激に応答して発現が減弱(減少)するものである。各表のカラムは、左より、遺伝子の名称、アクセション番号、電気パルス刺激によって何倍に亢進(>1)したのか、又は減弱(<1)したのかを示している。 Here, each of the above genes has a gene name and an accession number as described in Table 2 to Table 5 below, and the nucleotide sequence information thereof can be easily obtained from the database of each depository institution. It can be obtained. Here, the genes shown in Table 2 are increased (increased) in response to exercise stimuli, whereas the genes shown in Tables 3 to 5 are attenuated (decreased) in response to exercise stimuli. ) From the left, the columns in each table indicate the gene name, the accession number, and how many times (> 1) it was boosted (<1) or attenuated by electrical pulse stimulation.

更に、本発明における上記各遺伝子をコードするDNA(ゲノムDNA及びcDNA)には、上記の具体的な塩基配列からなるDNAの他に、上記DNA(又は、それらに対応するcDNA)と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAであって、実質的に各遺伝子の少なくとも一つの作用を有する蛋白質をコードするDNAが含まれる。   Furthermore, the DNA (genomic DNA and cDNA) encoding each of the genes in the present invention is complementary to the DNA (or cDNA corresponding thereto) in addition to the DNA consisting of the specific base sequence. DNA that hybridizes with DNA comprising a base sequence under stringent conditions, and that substantially encodes a protein having at least one action of each gene is included.

ここで、ハイブリダイゼーションは、例えば、Molecular cloninng third.ed.(Cold Spring Harbor Lab.Press,2001)、又は、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー(Current protocols in molecular biology(edited by Frederick M. Ausubel et al.,1987)に記載の方法等、当業界で公知の方法あるいはそれに準じる方法に従って行うことができる。また、市販のライブラリーを使用する場合、添付の使用説明書に記載の方法に従って行うことができる。   Here, the hybridization is performed by, for example, Molecular cloning third. ed. (Cold Spring Harbor Lab. Press, 2001), or Current protocols in molecular biology (described by Fredick M. Ausubel et al., 198, et al., Et al., 198). In the case of using a commercially available library, it can be carried out according to the method described in the attached instruction manual.

本明細書において、「ストリンジェントな条件下」とは、例えば、温度60℃〜68℃において、ナトリウム濃度15〜900mM、好ましくは15〜600mM、さらに好ましくは15〜150mM、pH6〜8であるような条件を挙げることができる。   In this specification, “stringent conditions” means, for example, at a temperature of 60 ° C. to 68 ° C., a sodium concentration of 15 to 900 mM, preferably 15 to 600 mM, more preferably 15 to 150 mM, and pH of 6 to 8. Can be mentioned.

従って、上記の配列番号で表される塩基配列を含むDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズできるDNAとしては、例えば、該DNAの全塩基配列との相同性の程度が、全体の平均で、約80%以上、好ましくは約95%以上、更に好ましくは99%以上である塩基配列を含有するDNA等を挙げることができる。   Therefore, as a DNA that can hybridize under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence represented by the above sequence number, for example, homology with the entire base sequence of the DNA Examples thereof include DNA containing a base sequence having an average of about 80% or more, preferably about 95% or more, and more preferably 99% or more as a whole on average.

このようなDNAは、例えば、上記各データベースの塩基配列情報等に基づき調製した適当なプライマーを用いてPCR等により取得することが可能である。また、本発明のDNAは当業者に公知の任意の方法によって化学合成することも可能である。   Such DNA can be obtained, for example, by PCR or the like using appropriate primers prepared based on the base sequence information of the above databases. The DNA of the present invention can also be chemically synthesized by any method known to those skilled in the art.

又、本発明の上記遺伝子は、上記各データベースの塩基配列にコードされるポリペプチド(蛋白質)に加えて、このようなアミノ酸配列において、1個若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、若しくは付加されたアミノ酸配列(上記アミノ酸配列と配列相同性を有するアミノ酸配列)からなり、実質的に各遺伝子の少なくとも一つの作用を有する蛋白質も含まれる。   In addition to the polypeptide (protein) encoded by the nucleotide sequence of each of the above databases, the gene of the present invention has one or several amino acids deleted, substituted, or added in such an amino acid sequence. Also included is a protein consisting of an amino acid sequence (amino acid sequence having sequence homology with the above amino acid sequence) and having substantially at least one action of each gene.

2つの塩基配列又はアミノ酸配列における配列相同性を決定するために、配列は比較に最適な状態に前処理される。例えば、一方の配列にギャップを入れることにより、他方の配列とのアラインメントの最適化を行う。その後、各部位におけるアミノ酸残基又は塩基が比較される。第一の配列におけるある部位に、第二の配列の相当する部位と同じアミノ酸残基又は塩基が存在する場合、それらの配列は、その部位において同一である。2つの配列における配列相同性は、配列間での同一である部位数の全部位(全アミノ酸又は全塩基)数に対する百分率で示される。   In order to determine sequence homology between two base sequences or amino acid sequences, the sequences are pre-processed to the optimal state for comparison. For example, by making a gap in one sequence, the alignment with the other sequence is optimized. Thereafter, the amino acid residues or bases at each site are compared. When the same amino acid residue or base as the corresponding site in the second sequence is present at a site in the first sequence, the sequences are identical at that site. Sequence homology between the two sequences is expressed as a percentage of the total number of sites (all amino acids or all bases) of the number of sites that are identical between the sequences.

上記の原理に従い、2つの塩基配列又はアミノ酸配列における配列相同性は、例えば、Karlin及びAltschulのアルゴリズム(Proc.Natl.Acad.Sci.USA 87:2264−2268、1990及びProc.Natl.Acad.Sci.USA 90:5873−5877、1993)により決定される。このようなアルゴリズムを用いたBLASTプログラムやFASTAプログラムは、主に与えられた配列に対し、高い配列相同性を示す配列をデータベース中から検索するために用いられる。これらは、例えば、米国National Center for Biotechnology Informationのインターネット上のウェブサイトにおいて利用可能である。   In accordance with the above principles, sequence homology between two base or amino acid sequences can be determined, for example, by the algorithm of Karlin and Altschul (Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 2264-2268, 1990 and Proc. Natl. Acad. Sci. USA 90: 5873-5877, 1993). A BLAST program or FASTA program using such an algorithm is mainly used for searching a database for sequences showing high sequence homology to a given sequence. These are available, for example, on the website of the US National Center for Biotechnology Information.

上記のような塩基配列の配列相同性又はコードするアミノ酸配列の配列相同性を示すようなDNAは、上記各データベースの塩基配列情報等に基づき、当業者が容易に設計・調製することが可能である。   A DNA showing the sequence homology of the base sequence as described above or the sequence homology of the encoded amino acid sequence can be easily designed and prepared by a person skilled in the art based on the base sequence information of each database. is there.

更に、本明細書の実施例で示されたように、上記遺伝子の発現産物、即ち、該遺伝子がコードする各種タンパク質、特に、分泌タンパク質は、運動刺激を受けた筋肉におけるインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量を増強又は抑制する作用を有する。従って、上記の遺伝子群から選択される少なくとも一種類の遺伝子産物は、運動依存的な代謝改善効果を模すか若しくは増強する治療薬、又は予防薬である医薬組成物における有効成分として有用である。このような医薬組成物中には、例えば、C-X-C ligand 1、C-X-C ligand 4 、及びC-X-C ligand 5から選ばれる上記遺伝子の少なくとも1種、好ましくは少なくとも任意の3種類を含むことが出来る。 Further, as shown in the examples of the present specification, the expression products of the above genes, that is, various proteins encoded by the genes, particularly secreted proteins, are the insulin-dependent sugars in muscles subjected to exercise stimulation. It has the effect of enhancing or suppressing uptake or GLUT4 membrane migration. Therefore, at least one gene product selected from the above gene group is useful as an active ingredient in a pharmaceutical composition that is a therapeutic or prophylactic agent that mimics or enhances an exercise-dependent metabolic improvement effect. Such a pharmaceutical composition can contain, for example, at least one of the above genes selected from C-X-C ligand 1, C-X-C ligand 4, and C-X-C ligand 5, preferably at least any three types.

尚、このような「タンパク質」には、分泌タンパク質の生理作用を模す目的で作製される当業者に公知の各種の組換えタンパク質・ペプチド等が含まれる。これらタンパク質は、形質転換体は、例えば、該タンパク質をコードする遺伝子(核酸分子)が発現可能に結合された適当な組換え用ベクターを用いて当業者に公知の任意の方法で容易に作製することができる。   Such “proteins” include various recombinant proteins and peptides known to those skilled in the art that are prepared for the purpose of mimicking the physiological action of secreted proteins. These proteins are easily prepared by any method known to those skilled in the art using, for example, an appropriate recombination vector in which a gene (nucleic acid molecule) encoding the protein is expressed. be able to.

ここで、「組換えベクター」とは、プラスミド、またはウイルスを含む。一般的には、組換えベクターは、複製開始点、プロモータ等の発現調節配列、及び、その組換えベクターが細胞に導入されたときに選択を許容する特別な遺伝子等を含んでいる。本発明のために適切なベクターとしては、哺乳動物細胞システム用には、pMSXND発現ベクター、レトロウイルスベクター、及びアデノウイルスベクター等が含まれる。また、当業者であれば、本発明の実施のために、これら以外の適当なベクターを極めて容易に選択することができる。   Here, the “recombinant vector” includes a plasmid or a virus. In general, a recombinant vector contains an origin of replication, an expression control sequence such as a promoter, and a special gene that allows selection when the recombinant vector is introduced into a cell. Suitable vectors for the present invention include pMSXND expression vectors, retroviral vectors, adenoviral vectors and the like for mammalian cell systems. Moreover, those skilled in the art can very easily select appropriate vectors other than these for carrying out the present invention.

又、「発現可能」とは、所定のアミノ酸配列をコードした核酸分子(DNA)が、所定の条件下で、そのアミノ酸配列を有するタンパク質を発現させる能力を有するという意味である。所定のアミノ酸配列をコードしたDNAが発現可能に結合されていると、そのDNAは所定の条件下で、所定のタンパク質を発現するということになる。具体的には、そのDNAは、ベクター中で発現調節配列に結合されている。ここで、「発現調節配列」とは、他の核酸配列の発現を調節する核酸配列のことを意味しており、他の核酸配列の転写、及び、好ましくは翻訳をも制御及び調節する。発現調節配列には、適当なプロモータ、エンハンサ、転写ターミネータ、タンパク質をコードする遺伝子における開始コドン(すなわちATG)、イントロンのためのスプライシングシグナル、ポリアデニル化部位、及びストップコドン等が含まれる。   Further, “expressible” means that a nucleic acid molecule (DNA) encoding a predetermined amino acid sequence has the ability to express a protein having the amino acid sequence under a predetermined condition. When a DNA encoding a predetermined amino acid sequence is operably linked, the DNA expresses a predetermined protein under predetermined conditions. Specifically, the DNA is linked to expression control sequences in the vector. Here, “expression control sequence” means a nucleic acid sequence that regulates the expression of other nucleic acid sequences, and also controls and regulates the transcription and preferably translation of other nucleic acid sequences. Expression control sequences include appropriate promoters, enhancers, transcription terminators, initiation codons (ie, ATG) in genes encoding proteins, splicing signals for introns, polyadenylation sites, stop codons, and the like.

「プロモータ」とは、転写を行うために必要最小限な配列のことを意味している。プロモータには、細胞タイプ特異的、組織特異的、または外部からの信号や調節剤によってプロモータ依存的に遺伝子の発現を制御するプロモータ要素も含まれる。プロモータ要素は、発現されるDNAの5'領域、または3'領域のいずれかに結合される。また、プロモータには、恒常的(構成的)又は誘導的なもののいずれも含まれるが、該恒常的活性変異体を安定的に発現させて本発明の効果をより有効に得るためには、恒常的プロモータが好ましい。   “Promoter” means a minimal sequence necessary for transcription. Promoters also include promoter elements that control gene expression in a cell-type-specific, tissue-specific, or externally-dependent manner by means of signals and regulators. The promoter element is bound to either the 5 'region or the 3' region of the expressed DNA. Promoters include both constitutive (constitutive) and inducible promoters. In order to stably express the constitutively active mutant and to obtain the effect of the present invention more effectively, the promoter is constitutive. A typical promoter is preferred.

哺乳動物細胞を形質転換体の宿主細胞として使用する場合には、哺乳動物細胞由来のプロモータ(例えば、メタロチオネインプロモータ)や、哺乳動物ウイルス由来のプロモータ(例えば、レトロウイルスの末端反復配列(LTR)、アデノウイルス後期プロモータ、ワクシニアウイルス7.5Kプロモータ等)等が使用できる。 When a mammalian cell is used as a host cell for a transformant, a promoter derived from a mammalian cell (for example, a metallothionein promoter), a promoter derived from a mammalian virus (for example, a retroviral terminal repeat (LTR), Adenovirus late promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, etc.) can be used.

尚、宿主細胞への上記の組換えベクターの導入は当業者に公知の任意の方法で行うことができる。例えば、リン酸カルシウム法、マイクロインジェクション、エレクトロポレーション、リポソーム、ウイルスベクター、各種のトランスフェクション試薬等によって、所望のDNAを導入することができる。 The introduction of the above recombinant vector into a host cell can be performed by any method known to those skilled in the art. For example, the desired DNA can be introduced by the calcium phosphate method, microinjection, electroporation, liposome, viral vector, various transfection reagents, and the like.

本発明の医薬組成物は公知の製剤学的方法により製剤化することが可能である。例えば、薬理学上許容される担体もしくは媒体、具体的には、滅菌水や生理食塩水、植物油、乳化剤、懸濁剤、界面活性剤、安定剤、徐放剤などと適宜組み合わせて製剤化して投与することが考えられる。本発明の医薬組成物は、水溶液、錠剤、カプセル、トローチ、バッカル錠、エリキシル、懸濁液、シロップ、点鼻液、または吸入液などの形態であり得る。本発明化合物の含有率は、治療目的、投与経路、治療対象等に応じて、当業者が適宜決定することが出来る。   The pharmaceutical composition of the present invention can be formulated by a known pharmaceutical method. For example, a pharmacologically acceptable carrier or medium, specifically sterilized water, physiological saline, vegetable oil, emulsifier, suspending agent, surfactant, stabilizer, sustained release agent, etc. It is conceivable to administer. The pharmaceutical composition of the present invention may be in the form of an aqueous solution, tablet, capsule, troche, buccal tablet, elixir, suspension, syrup, nasal solution or inhalation solution. The content of the compound of the present invention can be appropriately determined by those skilled in the art according to the therapeutic purpose, administration route, treatment target, and the like.

患者への投与は、有効成分の性質に応じて、任意の経路で局所的投与又は全身投与することができる。例えば、経皮的、筋内的、腹腔内、静脈内、脊髄腔内、または経口的に行なうことができる。例えば、筋肉あるいはその近傍組織に任意の適当な手段で導入するのが望ましい。当業者であれば、患者の年齢、体重、症状、投与方法等に応じて、適宜適当な投与量を選択することが可能である。投与量、投与方法は、本発明の医薬組成物の有効成分の組織移行性、治療目的、患者の体重や年齢、症状等に応じて、当業者であれば適宜選択することが可能である。例えば、少なくとも1nM以上、好ましくは10nM以上、より好ましくは100nM以上、より好ましくは1μM以上となるように投与することが出来る。   Administration to a patient can be local or systemic by any route, depending on the nature of the active ingredient. For example, it can be performed percutaneously, intramuscularly, intraperitoneally, intravenously, intrathecally, or orally. For example, it is desirable to introduce it into muscle or its nearby tissue by any appropriate means. A person skilled in the art can appropriately select an appropriate dose according to the age, weight, symptom, administration method and the like of the patient. The dosage and administration method can be appropriately selected by those skilled in the art according to the tissue transferability of the active ingredient of the pharmaceutical composition of the present invention, the purpose of treatment, the patient's weight, age, symptoms, and the like. For example, it can be administered at least 1 nM or more, preferably 10 nM or more, more preferably 100 nM or more, more preferably 1 μM or more.

又、上記運動依存的な代謝改善効果を模すか若しくは増強する目的で、当業者に任意の公知の方法を用いて、上記遺伝子がコードするタンパク質、その組換えタンパク質・ペプチドの発現、導入、あるいは抑制を行うことができる。好ましくは、通常の血管内あるいは筋肉内注射による分泌タンパク質や分泌タンパク質に対する抗体の導入等を用いて行う。また、分泌タンパク質を多量に産生する内在性あるいは外在性のマクロファージをはじめとする細胞を直接導入する方法や、ウイルスベクターなどを用いた遺伝子発現系を用いた形質転換体による分泌タンパク質の筋肉あるいはその近傍組織での発現系、さらには分泌タンパク質に対する抗体などの体内での産生、分泌タンパク質に対する阻害物質、RNA干渉法を用いた分泌タンパク質の抑制なども利用することもできる。 In addition, for the purpose of simulating or enhancing the exercise-dependent metabolic improvement effect, any known method for those skilled in the art can be used to express, introduce, introduce or introduce the protein encoded by the gene, its recombinant protein / peptide, or Suppression can be performed. Preferably, it is carried out using a secreted protein or an antibody to the secreted protein by normal intravascular or intramuscular injection. In addition, a method of directly introducing cells such as endogenous or exogenous macrophages that produce a large amount of secreted protein, a secreted protein muscle by a transformant using a gene expression system using a viral vector, etc. It is also possible to utilize an expression system in a nearby tissue, production in the body such as an antibody against the secreted protein, an inhibitor against the secreted protein, suppression of the secreted protein using RNA interference method, and the like.

更に、被検物質の存在下又は非存在下で、本発明の方法による上記各遺伝子の発現量を測定することによって、該遺伝子の発現量を変動させ得る物質をスクリーニングすることが可能である。この方法でスクリーニングされた物質は、運動刺激による筋肉へのインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量の増強又は抑制作用を修飾(変化)する物質である。例えば、C-X-C ligand 1、C-X-C ligand 4 、及び/又はC-X-C ligand 5の発現を増加させる物質は、運動刺激による筋肉へのインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量の増強を促進する作用を有する。一方で、Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1) の発現を増加させる物質は、運動刺激による筋肉へのインスリン依存的な糖の取り込み又はGLUT4膜移行量の抑制を促進する作用を有する。従って、このようなスクリーングによって選択された物質は上記の作用を有する活性成分として、医薬剤として有用である。   Furthermore, by measuring the expression level of each of the genes according to the method of the present invention in the presence or absence of the test substance, it is possible to screen for a substance that can vary the expression level of the gene. A substance screened by this method is a substance that modifies (changes) the action of enhancing or suppressing the insulin-dependent sugar uptake into muscle or the amount of GLUT4 membrane transfer by exercise stimulation. For example, substances that increase the expression of CXC ligand 1, CXC ligand 4, and / or CXC ligand 5 have the effect of promoting insulin-dependent sugar uptake into muscles by muscle stimulation or enhancement of GLUT4 membrane translocation. . On the other hand, substances that increase the expression of Wnt inhibitory factor-1 (WIF-1) have an action of promoting insulin-dependent sugar uptake into muscles or suppression of GLUT4 membrane transfer by exercise stimulation. Therefore, the substance selected by such screening is useful as a pharmaceutical agent as an active ingredient having the above action.

以下、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例の記載によって何ら限定して解釈されるものではなく、本明細書の記載に基づき、当業者が容易に想到し得る任意の変型・修飾法も本発明の範囲である。又、特に記載のない場合には、以下の実施例は、例えば、Sambrook and Maniatis, in Molecular Cloning-A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989; Ausubel, F. M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, N.Y, 1995等に記載されている当業者に公知の周知方法で実施した。   Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of examples. However, the technical scope of the present invention is not construed as being limited in any way by the description of the following examples, and those skilled in the art based on the description of the present specification. Any modification / modification method that can be easily conceived is within the scope of the present invention. Also, unless otherwise stated, the following examples are described in, for example, Sambrook and Maniatis, in Molecular Cloning-A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York, 1989; Ausubel, FM et al., Current Protocols. This was carried out by a well-known method known to those skilled in the art described in Molecular Biology, John Wiley & Sons, New York, NY, 1995 and the like.

上記したような本発明者等によって開発された培養筋細胞系を用いて筋管細胞を形成させた。即ち、ダルベッコ改変イーグル培地に10%牛胎児血清を添加した培養液でコンフルエントになるまで培養したマウス由来筋芽細胞C2C12(ATCC No.CRL1772)を、ダルベッコ改変イーグル培地+2%牛血清+200%アミノ酸増強培養液(表1)で6日間培養することで筋管細胞を形成させた。なお、培養液の交換は24時間おきに行った。この筋管細胞に40V, 1Hz, 2ms, 24時間の電気パルス刺激を与えることで、擬似的な運動刺激を筋管細胞に与えた(24h+EP)。一方、24時間の電気パルス刺激下の培養に代えて、無血清ダルベッコ改変イーグル培地中で電気パルス刺激を与えない状態で4時間培養して得られた筋管細胞を対照群(24h -EP)とした。運動刺激効果は、AMPキナーゼのリン酸化ならびにAMPキナーゼの基質であるアセチルコエンザイムAカルボキシラーゼリン酸化、伸展刺激の指標となるErk5, JNK, p38のリン酸化、ならびに糖取り込み量の増加、GLUT4膜移行量の測定を用いて確認した。 Myotubes were formed using a cultured myocyte system developed by the inventors as described above. In other words, mouse-derived myoblasts C2C12 (ATCC No. CRL1772) cultured until they became confluent in a culture solution in which 10% fetal bovine serum was added to Dulbecco's modified Eagle medium, Dulbecco's modified Eagle medium + 2% bovine serum + 200% amino acid enhancement Myotubes were formed by culturing in the culture medium (Table 1) for 6 days. The culture medium was exchanged every 24 hours. The myotubes were given a simulated motor stimulus (24h + EP) by applying an electrical pulse stimulus of 40V, 1Hz, 2ms, 24 hours. On the other hand, instead of culturing under electric pulse stimulation for 24 hours, myotube cells obtained by culturing for 4 hours in serum-free Dulbecco's modified Eagle medium without applying electric pulse stimulation were used as a control group (24h-EP). It was. Exercise stimulating effects include phosphorylation of AMP kinase and phosphorylation of AMP kinase substrate acetylcoenzyme A carboxylase, phosphorylation of Erk5, JNK, and p38, which are indicators of stretch stimulation, and increased sugar uptake, GLUT4 membrane translocation It was confirmed using the measurement of

その結果、電気パルス刺激によってAMPキナーゼのリン酸化 (図1A; phospho-AMPK)、AMPキナーゼ基質であるアセチルCoAカルボキシラーゼのリン酸化(図1A; phospho-ACC)が亢進した。また、伸展刺激に応答したErk5、Erk1/2, JNKのリン酸化の上昇も観察された(図1B)。又、細胞の糖取り込み量を測定した結果、電気パルス刺激によって約1.5倍に増加することがわかった(図1C)。更に、GLUT4膜移行量を測定した結果、電気パルス刺激は基底状態でのGLUT4膜移行量を増加させるとともに、インスリン依存的なGLUT4膜移行を増強することが明らかとなった (図1D, E)。以上のことは電気パルス刺激に運動様の効果が引き起こされていることを示しており、電気パルス刺激は「擬似的運動刺激」であることが確認された。 As a result, phosphorylation of AMP kinase (FIG. 1A; phospho-AMPK) and acetyl CoA carboxylase (FIG. 1A; phospho-ACC), which is an AMP kinase substrate, were enhanced by electrical pulse stimulation. In addition, an increase in phosphorylation of Erk5, Erk1 / 2, and JNK in response to stretch stimulation was also observed (FIG. 1B). Moreover, as a result of measuring the amount of sugar taken up by the cells, it was found that the amount increased about 1.5 times by electrical pulse stimulation (FIG. 1C). Furthermore, as a result of measuring the amount of GLUT4 membrane transfer, it became clear that electrical pulse stimulation increases the amount of GLUT4 membrane transfer in the basal state and enhances insulin-dependent GLUT4 membrane transfer (Figs. 1D and E). . The above shows that a motion-like effect is induced in the electrical pulse stimulation, and it was confirmed that the electrical pulse stimulation is a “pseudo-motion stimulation”.

尚、AMPキナーゼのリン酸化ならびにAMPキナーゼの基質であるアセチルコエンザイムAカルボキシラーゼリン酸化は、非特許文献3に記載の方法を用い、Phospho-ACC抗体(#07-303, Ser79, Upstate Biotechnology, Lake Placid, NY)とPhospho-AMPK抗体(#07-626, Thr172, Upstate Biotechnology, Lake Placid, NY)によるウエスタンブロット法による解析を行った。   Phospho-ACC antibody (# 07-303, Ser79, Upstate Biotechnology, Lake Placid) was used for phosphorylation of AMP kinase and phosphorylation of acetyl coenzyme A carboxylase, which is a substrate of AMP kinase, using the method described in Non-Patent Document 3. , NY) and Western blot analysis using Phospho-AMPK antibody (# 07-626, Thr172, Upstate Biotechnology, Lake Placid, NY).

又、Erk5、Erk1/2、JNK、p38のリン酸化は、それぞれAnti-phospho BMK1/Erk5 antibody (T218/Y220, Upstate #07-507, Cross react with phospho Erk1/2), Anti-JNK antibody (T183/Y185, T221/Y223, Upstate #07-175), anti-phospho p38 antibody (T180/Y182, Upstate #09-272)を用いて、非特許文献3に記載の方法を用いて行った。 In addition, phosphorylation of Erk5, Erk1 / 2, JNK, and p38 was performed by anti-phospho BMK1 / Erk5 antibody (T218 / Y220, Upstate # 07-507, Cross react with phospho Erk1 / 2), Anti-JNK antibody (T183, respectively). / Y185, T221 / Y223, Upstate # 07-175), anti-phospho p38 antibody (T180 / Y182, Upstate # 09-272), and the method described in Non-Patent Document 3.

更に、糖取り込み量は、従来の2−デオキシグルコースの取り込み方法(Kanzaki M and Pessin JE, J Biol Chem, 2001年、第276巻(45号), 42436-42444頁)を基に改変した、特開2006−296282号公報に記載の方法を用いた。 Furthermore, the sugar uptake amount was modified based on a conventional 2-deoxyglucose uptake method (Kanzaki M and Pessin JE, J Biol Chem, 2001, Vol. 276 (45), 42436-42444). The method described in Kaikai 2006-296282 was used.

又、GLUT4膜移行量は、以下に記載するような特開2006−340637号公報に記載の方法を用いた。 Further, the amount of GLUT4 film transfer used the method described in JP-A-2006-340637 as described below.

[組換え型GLUT4の膜移行活性の測定方法]
分化型培養筋管細胞を用いて組換え型GLUT4の膜移行活性を測定するものである。具体的には、例えば、該細胞を固定した後、細胞膜上に存在する組換え型GLUT4の細胞外部位の標識物質の量、即ち、組換え型GLUT4の細胞膜への移行量、を測定することから成る。この場合には、ある時点で細胞膜上に存在する組換え型GLUT4の量を測定することになる。この方法では、例えば、当業者に公知の方法により、該標識物質に対する抗体を用いた免疫染色法により標識物質の量を測定することが出来る。より具体的には、ローダミンなどの蛍光色素を結合させた二次抗体を反応させて、その蛍光量を共焦点顕微鏡など使用して測定する。
[Method for measuring membrane translocation activity of recombinant GLUT4]
The membrane transfer activity of recombinant GLUT4 is measured using differentiated cultured myotube cells. Specifically, for example, after the cells are fixed, the amount of the labeling substance at the extracellular site of recombinant GLUT4 present on the cell membrane, that is, the amount of recombinant GLUT4 transferred to the cell membrane is measured. Consists of. In this case, the amount of recombinant GLUT4 present on the cell membrane at a certain point in time is measured. In this method, for example, the amount of the labeling substance can be measured by an immunostaining method using an antibody against the labeling substance by a method known to those skilled in the art. More specifically, a secondary antibody to which a fluorescent dye such as rhodamine is bound is reacted, and the amount of fluorescence is measured using a confocal microscope or the like.

外来の刺激などによって細胞膜上に移行したGLUT4は、その後、エンドサイトーシスによって細胞内に再び移動することが知られている。従って、組換え型GLUT4の膜移行活性を測定するための別の方法として、細胞膜上に存在する組換え型GLUT4、及び細胞膜上に移行した後に再び細胞内に取り込まれた組換え型GLUT4の細胞外部位の標識物質の量を測定することもできる。この場合には、ある一定期間中に細胞膜上に移行した組換え型GLUT4の総量を測定することが可能となる。この方法、例えば、当業者に公知の方法により、標識物質に対する抗体を適当量、例えば、0.01〜500μg/ml含む培養液中で分化型培養筋管細胞を培養し、その後、該細胞抽出液中に含まれる該抗体の量を抗原抗体反応を利用して測定することが出来る。標識物質の量は、例えば、標識物質が放射性物質である場合には、液体シンチレーションカウンター又はSDS−PAGEを用いて直接測定することができ、又、細胞免疫染色法、ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay)、免疫沈降法、及びウェスタンブロット法等の当業者に公知の任意の方法で測定することが出来る。 It is known that GLUT4 transferred to the cell membrane by an exogenous stimulus or the like then moves back into the cell by endocytosis. Therefore, as another method for measuring the membrane translocation activity of recombinant GLUT4, recombinant GLUT4 present on the cell membrane, and recombinant GLUT4 cells that have been taken into the cell again after migrating onto the cell membrane The amount of externally labeled substance can also be measured. In this case, it becomes possible to measure the total amount of recombinant GLUT4 transferred onto the cell membrane during a certain period. According to this method, for example, a method known to those skilled in the art, differentiated myotube cells are cultured in a culture solution containing an appropriate amount of an antibody against the labeling substance, for example, 0.01 to 500 μg / ml, and then the cell extraction is performed. The amount of the antibody contained in the liquid can be measured using an antigen-antibody reaction. For example, when the labeling substance is a radioactive substance, the amount of the labeling substance can be directly measured using a liquid scintillation counter or SDS-PAGE, and can be measured using a cell immunostaining method, ELISA (Enzyme-Linked Immunosorbent Assay). ), Immunoprecipitation, and Western blotting, etc., can be measured by any method known to those skilled in the art.

次に、上記のように24時間の電気パルス刺激を与えられた筋管細胞(24h+EP)と、対照群(24h-EP)の培養液を採取し、この中に含まれる分泌タンパク質量を測定した。尚、各分泌タンパク質量は、夫々、Mouse KC Quantikine ELISA kit (R&D systems, MKC00B), Mouse LIX DuoSet (R&D Biosystems, DY443), Mouse IL-6 ELISA Ready-SET-Go! (eBioscience, #88-7064)を用いて、添付プロトコール記載のELISA法で実施した。 Next, the culture fluid of myotube cells (24h + EP) and the control group (24h-EP) that were given 24 hours of electric pulse stimulation as described above was collected, and the amount of secreted protein contained therein was determined. It was measured. In addition, the amount of each secreted protein is Mouse KC Quantikine ELISA kit (R & D systems, MKC00B), Mouse LIX DuoSet (R & D Biosystems, DY443), Mouse IL-6 ELISA Ready-SET-Go! (EBioscience, # 88-7064) ) Using the ELISA method described in the attached protocol.

こうして、擬似的運動刺激を与えられたC2C12筋管細胞、及び与えないC2C12筋管細胞(対照群)を、0.2%コラゲナーゼで添加して細胞培養ディッシュ底面より剥離させ、14μmのステンレスメッシュを通過させることによって、通過できない多核筋管細胞のみを採取した。この粗精製されたC2C12筋管細胞よりTrizol Reagent(Invitrogen, San Diego, CA, USA)を用いてトータルRNAを抽出、含まれる分泌タンパク質をコードする遺伝子発現を当業者に公知のDNAマイクロアレイで解析した。解析の結果、運動刺激に応答して、表2に示した遺伝子の発現は亢進(上昇)し、一方、表3〜表5に示した遺伝子の発現は減弱(減少)していることが明らかとなった。各表のカラムは、左より、遺伝子の名称、アクセション番号、電気パルス刺激によって何倍に亢進(>1)したのか、又は減弱(<1)したのかを示している。 In this way, C2C12 myotube cells to which pseudo-motion stimulation was given and C2C12 myotube cells to which no pseudostimulation was given (control group) were added with 0.2% collagenase to be detached from the bottom of the cell culture dish. Only multinucleated myotube cells that could not pass were collected by passing. Total RNA was extracted from the crudely purified C2C12 myotube cells using Trizol Reagent (Invitrogen, San Diego, CA, USA), and the expression of the gene encoding the secreted protein contained therein was analyzed using a DNA microarray known to those skilled in the art. . As a result of the analysis, it is clear that the expression of the genes shown in Table 2 is enhanced (increased) in response to the exercise stimulus, while the expression of the genes shown in Tables 3 to 5 is attenuated (decreased). It became. From the left, the columns in each table indicate the gene name, the accession number, and how many times (> 1) it was boosted (<1) or attenuated by electrical pulse stimulation.

次に、表1に示された遺伝子がコードする蛋白質の発現量について両群を比較した結果、電気パルス刺激(擬似的運動刺激)によって、インターロイキン6(IL-6;図2A)やC-X-C ligand 1 (CXCL1/KC; 図2B)、C-X-C ligand 5 (CXCL5/LIX; 図2C)等のケモカイン類の分泌量が有意に増加していることがわかった。なお、細胞を培養していない培養液にはこれらのファクターは全く含まれていない(DMEM + 2%CS)。更に、in vitroの利点を生かした詳細な解析を行った結果、CXCL1とCXCL5は電気パルス付与後1時間という極めて早い時間に産生が開始される一方、電気パルス刺激依存的なIL-6発現量増加には12時間以上の長い電気パルス刺激が必要であることがわかった(図3A-C)。 Next, as a result of comparing the two groups with respect to the expression level of the protein encoded by the gene shown in Table 1, interleukin 6 (IL-6; Fig. 2A) and CXC ligand were obtained by electrical pulse stimulation (pseudo-motor stimulation). 1 (CXCL1 / KC; Fig. 2B), CXC ligand 5 (CXCL5 / LIX; Fig. 2C) and other chemokines were found to be significantly increased in secretion. In addition, these factors are not contained at all in the culture medium in which the cells are not cultured (DMEM + 2% CS). Furthermore, as a result of detailed analysis taking advantage of in vitro, production of CXCL1 and CXCL5 started at an extremely early time of 1 hour after the application of an electric pulse, while IL-6 expression level dependent on electric pulse stimulation. It was found that a long electric pulse stimulation of 12 hours or more is necessary for the increase (FIGS. 3A-C).

又、これらの分泌タンパク質の産生は、電気パルス頻度(Hz)依存的であることも明らかとなった。即ち、0.1 Hzの頻度では、電気パルス刺激依存的なタンパク質分泌量の増加はほとんど観察されなかったが、1 Hzでは明らかに増加していることが観察された。このことは、これらのタンパク質群の産生量は、電気パルス頻度、即ち、運動の強度に緻密に応答(正の相関)して制御されていることを示している(図4A-C)。 It was also revealed that the production of these secreted proteins is dependent on the electric pulse frequency (Hz). That is, at the frequency of 0.1 Hz, an increase in the amount of protein secretion dependent on electric pulse stimulation was hardly observed, but it was observed that the increase was clearly increased at 1 Hz. This indicates that the production amount of these protein groups is controlled in a precise response (positive correlation) to the electric pulse frequency, that is, the intensity of exercise (FIGS. 4A to 4C).

更に、これら分泌タンパク質の産生の詳細を解析したところ、これらのタンパク質は運動刺激によってのみ特異的に産生・分泌され、他の刺激、たとえばインスリン刺激や細胞外糖濃度の変化では産生されないことが明らかとなった。 Furthermore, analysis of the details of the production of these secreted proteins revealed that these proteins are produced and secreted specifically only by exercise stimuli and not by other stimuli such as insulin stimuli or changes in extracellular sugar concentration. It became.

即ち、分化したC2C12筋管細胞を、100 nMインスリンを添加又は添加していない条件下で、5 mM glucose (LG)又は22.5 mM glucose (HG)を含むDMEM+2%CSに交換し、40V, 2ms, 1Hzの条件で電気パルス刺激を行った。6時間後、あるいは24時間後に培地を回収し、含まれる分泌タンパク質の量を測定した。その結果、インスリン刺激や細胞外糖濃度の変化は、CXCL1とCXCL5の分泌量を変化させず、これらの分泌タンパク質量の変化は運動によってのみ生じていることが判った(図5A-D)。 That is, differentiated C2C12 myotube cells were replaced with DMEM + 2% CS containing 5 mM glucose (LG) or 22.5 mM glucose (HG) under the condition where 100 nM insulin was added or not added, and 40 V, 2 ms, Electric pulse stimulation was performed at 1 Hz. The medium was collected after 6 hours or 24 hours, and the amount of secreted protein contained was measured. As a result, it was found that insulin stimulation and changes in extracellular sugar concentration did not change the secreted amounts of CXCL1 and CXCL5, and these secreted protein amounts were changed only by exercise (FIGS. 5A-D).

さらに、運動刺激に応答したこれらファクターの産生機構を調べた。まず、複数存在するMAPキナーゼの関与を解析する目的で、タンパク質合成阻害剤(CHX;10μg/ml cycloheximide)やカルシウムキレーター(EGTA; 2 mM EGTA)が、電気パルス(40V, 1Hz, 2ms, 24 hours)に応答したCXCL1/KCあるいはCXCL5/LIXの産生にどのような影響を与えるかについて解析を行った。その結果、タンパク質合成阻害剤(CHX)やカルシウムキレーター(EGTA)は、電気パルス刺激が誘導するこれらケモカインの産生を抑制することが明らかとなった(図6A,B,D,E)。 Furthermore, the production mechanism of these factors in response to exercise stimuli was investigated. First, for the purpose of analyzing the involvement of multiple MAP kinases, protein synthesis inhibitors (CHX; 10 μg / ml cycloheximide) and calcium chelators (EGTA; 2 mM EGTA) are used as electrical pulses (40 V, 1 Hz, 2 ms, 24 hours. The effect of the production of CXCL1 / KC or CXCL5 / LIX in response to the above was analyzed. As a result, it became clear that protein synthesis inhibitors (CHX) and calcium chelators (EGTA) suppress the production of these chemokines induced by electrical pulse stimulation (FIGS. 6A, B, D, E).

次に、種々のMAPキナーゼ阻害剤が、電気パルスに応答したCXCL1/KCあるいはCXCL5/LIXの産生にどのような影響を与えるかについて解析を行った(図6C, F)。ERK1/2の活性化を阻害するPD98059(10 μM),JNKの阻害剤PHZ1264(20 μM),そしてp38阻害剤をSB203580(10 μM)の存在下、あるいは非存在下、40V,1Hz,2ms,6時間の条件で電気パルス刺激を行い、培地中に産生されたCXCL1/KCあるいはCXCL5/LIX量を測定した。結果、MAPキナーゼ阻害剤は、電気パルス刺激が誘導するこれらケモカインの産生を抑制することが明らかとなった(図6)。 Next, the influence of various MAP kinase inhibitors on the production of CXCL1 / KC or CXCL5 / LIX in response to electric pulses was analyzed (FIGS. 6C and F). PD98059 (10 μM), which inhibits activation of ERK1 / 2, JNK inhibitor PHZ1264 (20 μM), and p38 inhibitor in the presence or absence of SB203580 (10 μM), 40 V, 1 Hz, 2 ms, Electric pulse stimulation was performed under conditions of 6 hours, and the amount of CXCL1 / KC or CXCL5 / LIX produced in the medium was measured. As a result, it was revealed that the MAP kinase inhibitor suppressed the production of these chemokines induced by electrical pulse stimulation (FIG. 6).

また、この時のMAPキナーゼ活性化を調べたところ、ERKやJNKについては電気パルス刺激に応答した活性化が観察されたものの、p38については電気パルス刺激によって活性低下していた(図1B)。30分間のEPS処理ではp38の活性化はコントロールと比較して亢進していたことを併せると、EPSによって活性化されたMAPキナーゼは、同じくEPSによって誘導されるフィードバックシステムによって活性維持あるいは不活性化される可能性が強く示唆された。MAPキナーゼを脱リン酸化するホスファターゼ(デュアルスペシフィシティーホスファターゼ)についてEPS依存的な発現を調べたところ、DUSP4,18をはじめとする遺伝子発現が減弱していることが明らかとなった(表3〜5)このように、電気パルス刺激、すなわち疑似的な運動刺激は遺伝子発現を増加させるだけでなく、いくつかの遺伝子発現を減弱していることがわかる。したがって、MAPキナーゼ活性化やそれを制御する表3〜5に示すホスファターゼの遺伝子発現も運動効果の指標となりうることを示している。 Moreover, when MAP kinase activation at this time was investigated, although activation in response to electrical pulse stimulation was observed for ERK and JNK, the activity of p38 was decreased by electrical pulse stimulation (FIG. 1B). Combined with the 30-minute treatment with EPS, the activation of p38 was enhanced compared to the control, and MAP kinase activated by EPS was also maintained or inactivated by a feedback system induced by EPS. The possibility of being strongly suggested. When EPS-dependent expression of phosphatase (dual specificity phosphatase) that dephosphorylates MAP kinase was examined, it was revealed that gene expression including DUSP4 and 18 was attenuated (Table 3). 5) Thus, it can be seen that electrical pulse stimulation, that is, pseudo motor stimulation, not only increases gene expression but also attenuates some gene expression. Therefore, activation of MAP kinase and phosphatase gene expression shown in Tables 3 to 5 that control the activation of MAP kinase can be an indicator of exercise effect.

次に、擬似的運動刺激によって発現が上昇した遺伝子がコードする蛋白質の作用について、インスリン依存的あるいは非依存的なグルコース輸送担体4(GLUT4)膜移行を指標とした糖代謝に及ぼす影響を確認した。即ち、分化したMycタグ標識GLUT4を発現するC2C12筋管細胞(特開2006−340637号に記載の方法で作製した)に10 ng/ml CXCL1/KC、50 ng/ml CXCL5/LIX、25ng/ml CXCL4/PF4、10ng/ml IL-6、10ng/ml WIF-1(以上すべてR&D Biosciencesより購入)、又はGPR43のリガンドである10 mMアセテート(和光純薬(株)より購入)で1時間あるいは4時間刺激したのち、100 nMあるいは0 nMインスリンで60分間刺激した。GLUT4膜移行量の測定は、特開2006−340637号に記載の方法で測定した。
Next, we confirmed the effect of the protein encoded by the gene whose expression was increased by pseudo-motor stimulation on glucose metabolism using insulin-dependent or independent glucose transporter 4 (GLUT4) membrane translocation as an index. . That is, 10 ng / ml CXCL1 / KC, 50 ng / ml CXCL5 / LIX, 25 ng / ml were added to C2C12 myotube cells expressing differentiated Myc tag-labeled GLUT4 (produced by the method described in JP-A- 2006-340637 ). 1 hour or 4 hours with CXCL4 / PF4, 10 ng / ml IL-6, 10 ng / ml WIF-1 (all purchased from R & D Biosciences), or 10 mM acetate (purchased from Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), a ligand for GPR43 After stimulation for a period of time, stimulation was performed with 100 nM or 0 nM insulin for 60 minutes. The amount of GLUT4 membrane migration was measured by the method described in JP-A- 2006-340637 .

CXCL1/KCを添加した場合、基底状態でのGLUT4膜移行量に変化はなかったがインスリン依存的なGLUT4膜移行量を増強した。またCXCL5/LIX、CXCL4/PF4、IL-6については基底状態でのGLUT4膜移行量を増加させるとともに、インスリン依存的なGLUT4膜移行量を促進した(図7A-C)。特にCXCL1とCXCL5の濃度に応答したインスリン依存性GLUT4膜移行の増強を解析した結果、約1 ng/mlのCXCL1あるいはCXCL5の添加によってインスリン依存的なGLUT4膜移行は増強されることがわかった(図7B, C)。 When CXCL1 / KC was added, the amount of GLUT4 membrane transfer in the ground state was not changed, but the insulin-dependent GLUT4 membrane transfer amount was enhanced. In addition, CXCL5 / LIX, CXCL4 / PF4, and IL-6 increased the amount of GLUT4 membrane migration in the ground state and promoted insulin-dependent GLUT4 membrane migration (FIGS. 7A-C). In particular, analysis of the enhancement of insulin-dependent GLUT4 membrane translocation in response to CXCL1 and CXCL5 concentrations revealed that the addition of about 1 ng / ml CXCL1 or CXCL5 enhanced insulin-dependent GLUT4 membrane translocation ( FIG. 7B, C).

一方WIF-1は、基底状態のGLUT4膜移行量を増加させたもののインスリン依存的なGLUT4膜移行を阻害、即ち、インスリン抵抗性状態を呈した(図7A)。又、アセテート(GPR43のリガンド)は、1時間処理でのみ基底状態のGLUT4膜移行を促進する傾向がみられたものの、4時間処理ではこのような効果は見られず、さらにインスリン依存的なGLUT4膜移行に対しては阻害的な効果を示した(図7A)。このように、このような分泌タンパク質群及びその受容体群は運動により増加するが、細胞の代謝における役割は、促進的な作用と抑制的な作用の両方が混在していることがわかる。 On the other hand, WIF-1 increased the amount of GLUT4 membrane translocation in the ground state, but inhibited insulin-dependent GLUT4 membrane translocation, that is, exhibited an insulin resistance state (FIG. 7A). Acetate (a ligand of GPR43) tended to promote GLUT4 membrane migration in the ground state only after 1 hour treatment, but this effect was not seen with 4 hour treatment, and insulin-dependent GLUT4 It showed an inhibitory effect on membrane translocation (FIG. 7A). Thus, although such secretory protein group and its receptor group increase by exercise, it turns out that the role in the metabolism of a cell has both a promoting action and an inhibitory action.

運動刺激は筋肉への糖取り込みを促進することが知られているが、以上の結果から、CXCL1、CXCL5、WIF-1、GPR43などのタンパク質はその促進作用の一部を仲介していることが強く示唆される。さらに、運動刺激は一般的にインスリン依存的な糖取り込みを増強するとされており、CXCL1、CXCL5はその増強作用の一部を仲介していることも示している。一方で、運動はインスリン抵抗性を引き起こすファクター(WIF1、GPR43)をも産生していることがはじめて明らかとなり、これらの分泌タンパク質、ならびにその受容体の複合的な影響が、運動後のインスリン反応性を規定していることがわかる。従って、筋肉へのGLUT4膜移行を制御するこのような運動依存的な分泌タンパク質は、筋肉での糖取り込みや筋グリコーゲン量の調節など、筋糖代謝に極めて重要な役割を果たしているタンパク質であることがわかる。 It is known that exercise stimulation promotes glucose uptake into muscle, but these results indicate that proteins such as CXCL1, CXCL5, WIF-1, and GPR43 mediate part of the promotion. Strongly suggested. Furthermore, exercise stimuli are generally considered to enhance insulin-dependent sugar uptake, and CXCL1 and CXCL5 have also been shown to mediate some of their potentiating effects. On the other hand, it became clear for the first time that exercise also produces factors that cause insulin resistance (WIF1, GPR43), and the combined effects of these secreted proteins and their receptors are related to insulin responsiveness after exercise. It can be seen that Therefore, these exercise-dependent secreted proteins that control GLUT4 membrane translocation to muscle are proteins that play a very important role in muscle glucose metabolism, such as regulation of muscle glucose uptake and muscle glycogen content. I understand.

本発明を利用することにより、ヒトをはじめとする動物の筋肉、さらにはこれらより採取した筋肉、さらにはこれらより樹立された筋細胞において、運動強度や代謝変化などを極めて簡便かつ再現性よく評価することが可能となる。 By using the present invention, it is possible to evaluate exercise intensity, metabolic changes, etc. very easily and with high reproducibility in muscles of animals including humans, muscles collected from these, and muscle cells established from these muscles. It becomes possible to do.

まず、ヒトをはじめとする動物の筋肉での運動を、簡便かつ低侵襲的に評価することが可能となる。これら遺伝子の発現状況の解析によって、特定の強度の運動が、正常あるいは病態時における個々人の筋代謝能をどの程度改善するのかを予測することができる。その結果、同量の運動を付加してもその効果について極めて個人差が大きい運動効果の評価などを容易にし、また病態時においても、対象個人特異的な運動療法を予測、情報提供することが可能となる。更に、糖尿病をはじめとする疾患への将来的な罹患リスクを評価することも可能となる。 First, it becomes possible to simply and minimally evaluate exercises in muscles of animals including humans. By analyzing the expression status of these genes, it is possible to predict how much the exercise of specific intensity improves the individual's ability to metabolize muscles during normal or pathological conditions. As a result, even if the same amount of exercise is added, it is easy to evaluate exercise effects that have very large individual differences in the effects, and even during pathological conditions, it is possible to predict and provide information on specific individual exercise therapy It becomes possible. Furthermore, it becomes possible to evaluate the future morbidity risk to diseases such as diabetes.

又、本発明方法を利用することにより、対運動効果の評価ならびに糖尿病や肥満症などのリスク評価、また運動効果を模すあるいは運動効果を増強することで組織ならびに体全体の代謝状態を改善することが可能となる。 In addition, by using the method of the present invention, evaluation of the effect on exercise and risk assessment of diabetes, obesity, etc., and improving the metabolic effect of the tissue and the whole body by imitating or enhancing the exercise effect It becomes possible.

又、これらの分泌タンパク質ならびに/あるいは細胞内タンパク質(酵素)の血中あるいは筋近傍への投与、あるいは遺伝子治療などを用いた遺伝子発現系を利用することによって運動依存的な代謝能改善効果を模す、あるいは、さらに増強させることもできる。 In addition, administration of these secreted proteins and / or intracellular proteins (enzymes) into the blood or the vicinity of muscles, or gene expression systems using gene therapy, etc., can be used to simulate exercise-dependent metabolic capacity improvement effects. Alternatively, it can be further enhanced.

又、本発明の方法によって、食肉産業において飼育される家禽動物へ及ぼす運動効果を予測することも可能となり、どのような運動が家禽動物の食材としての価値を高めるかなどを簡便に評価することが可能となり、あるいは、本発明の酵素タンパク質又は分泌タンパク質及びそれらの受容体、それらをコードする遺伝子、それらの生理作用を修飾する物質を利用することによって、食材としての価値を高めることも可能となる。 In addition, the method of the present invention makes it possible to predict the effect of exercise on poultry animals bred in the meat industry, and simply evaluate what kind of exercise enhances the value of poultry animals as a food ingredient. Or by using the enzyme protein or secreted protein of the present invention and their receptors, genes encoding them, and substances that modify their physiological actions, it is possible to increase the value as a foodstuff. Become.

更に、培養筋細胞系を用いた運動効果のメカニズムを探索する際にも、本発明による分泌タンパク質、その受容体、その抗体、それらをコードする遺伝子、それらの生理作用を修飾する物質の利用によって、運動効果のメカニズムの一部あるいは全容が明らかになり、そのメカニズムの一部あるいは全部が、運動依存的な代謝変化を模した食品、あるいは薬品開発の一助となることも考えられる。 Furthermore, when searching for the mechanism of exercise effects using cultured muscle cell systems, the use of secreted proteins according to the present invention, their receptors, their antibodies, genes encoding them, and substances that modify their physiological actions. It is also possible that part or all of the mechanism of exercise effects will be clarified, and part or all of the mechanism may contribute to the development of foods or drugs that mimic exercise-dependent metabolic changes.

電気パルス刺激による運動様の効果の発現。C2C12筋管細胞に40V, 2ms, 1Hz, 24時間の条件で電気パルス刺激を行い、細胞内シグナルの変化と糖取り込み量を測定した結果を示す。Expression of exercise-like effect by electrical pulse stimulation. The result of measuring the change in intracellular signal and the amount of sugar uptake after C2C12 myotube cells were stimulated with electric pulse under conditions of 40V, 2ms, 1Hz, 24 hours. 電気パルス刺激による分泌タンパク質の解析結果を示す。The analysis result of the secreted protein by electrical pulse stimulation is shown. 電気パルス刺激依存的に増加する分泌タンパク質量の経時的変化の結果を示す。The result of the time-dependent change of the amount of secretory protein which increases in an electrical pulse stimulus-dependent manner is shown. 電気パルス刺激の頻度に応答した分泌タンパク質量の変化を示す。分化したC2C12筋管細胞の培地交換を行った直後から、40V, 2ms, 24時間, 図示した頻度 (Hz)の条件で電気パルス刺激を行い、細胞培養液を回収、それぞれ産生された分泌タンパク質量を測定した。The change in the amount of secreted protein in response to the frequency of electrical pulse stimulation is shown. Immediately after the medium change of differentiated C2C12 myotube cells, electrical pulse stimulation was performed under the conditions of 40 V, 2 ms, 24 hours, and the frequency (Hz) shown in the figure, the cell culture medium was collected, and the amount of each secreted protein produced Was measured. 電気パルス刺激あるいはインスリン、細胞外糖濃度に応答した分泌タンパク質量の変化を示す。Changes in the amount of secreted protein in response to electrical pulse stimulation or insulin and extracellular sugar concentrations. 様々な阻害剤の存在下、電気パルス刺激による分泌タンパク質量の変化の解析結果を示す。The analysis result of the change of the amount of secreted protein by electrical pulse stimulation in the presence of various inhibitors is shown. 同定した電気パルス刺激によって分泌されるタンパク質が、C2C12筋管細胞のGLUT4トランスロケーションに及ぼす影響を示す。The influence which the protein secreted by the identified electrical pulse stimulation has on the GLUT4 translocation of C2C12 myotube cells is shown.

Claims (7)

筋肉におけるC-X-C ligand 1及び/又はC-X-C ligand 5遺伝子の発現量の変動を測定し、その増加に基づき、該筋肉に負荷された電気パルス刺激による運動刺激の強度を検出する方法。 How to measure the variation of CXC ligand 1 and / or CXC ligand 5 gene expression level, based on the increase, for detecting the intensity of the exercise stimulation by electrical pulse stimulation, which is loaded into the muscle in muscle. 筋肉が培養筋管細胞である、請求項1記載の方法。 The method of claim 1, wherein the muscle is a cultured myotube cell. 遺伝子の発現量を該遺伝子の転写後の段階で測定する、請求項1又は2のいずれか一項に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the expression level of the gene is measured at a stage after transcription of the gene. 遺伝子の発現量を、ノーザンブロット法、RT-PCR法、リアルタイムPCR法、in situ ハイブリダイゼーション法、又はマイクロアレイ法により測定する、請求項3記載の方法。 The method according to claim 3, wherein the gene expression level is measured by Northern blotting, RT-PCR, real-time PCR, in situ hybridization, or microarray method. 遺伝子の発現量を該遺伝子の翻訳後の段階で測定する、請求項1又は2のいずれか一項に記載の方法。 The method according to claim 1, wherein the expression level of the gene is measured at a post-translational stage of the gene. 遺伝子の発現量を、ウエスタンブロット法、RIA法、ELISA法、又は、免役染色法により測定する、請求項5記載の方法。 The method according to claim 5, wherein the gene expression level is measured by Western blotting, RIA, ELISA, or immunostaining. C-X-C ligand 1及び/又はC-X-C ligand 5の塩基配列からなるヌクレオチドまたはその一部配列を含むヌクレオチドをターゲットとしたプローブあるいはプライマーを含む、請求項1〜6記載のいずれか一項に記載の方法に使用する遺伝子発現測定キット。 Use in a method according to any one of claims 1 to 6 , comprising a probe or primer targeting a nucleotide comprising the base sequence of CXC ligand 1 and / or CXC ligand 5 or a nucleotide comprising a partial sequence thereof. A gene expression measurement kit.
JP2007283929A 2007-10-31 2007-10-31 Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them Active JP5246740B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007283929A JP5246740B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007283929A JP5246740B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013003592A Division JP5804389B2 (en) 2013-01-11 2013-01-11 Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009106235A JP2009106235A (en) 2009-05-21
JP5246740B2 true JP5246740B2 (en) 2013-07-24

Family

ID=40775478

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007283929A Active JP5246740B2 (en) 2007-10-31 2007-10-31 Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5246740B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6539511B2 (en) * 2015-06-17 2019-07-03 花王株式会社 Marker for judgment of motor function
JP6937184B2 (en) * 2017-07-27 2021-09-22 ライオン株式会社 Exercise muscle cell model, its preparation method, and its use
CN112142848A (en) * 2019-06-26 2020-12-29 中国科学院大连化学物理研究所 Recombinant human insulin and purification preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009106235A (en) 2009-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lockhart et al. GDF15: a hormone conveying somatic distress to the brain
Hirst et al. Proliferative aspects of airway smooth muscle
Veeraveedu et al. Ablation of IL-33 gene exacerbate myocardial remodeling in mice with heart failure induced by mechanical stress
Nakae et al. The forkhead transcription factor Foxo1 (Fkhr) confers insulin sensitivity onto glucose-6-phosphatase expression
Zou et al. Talin1 and Rap1 are critical for osteoclast function
Kuwahara et al. TRPC6 fulfills a calcineurin signaling circuit during pathologic cardiac remodeling
Wollert et al. Cardiotrophin-1 Activates a Distinct Form of Cardiac Muscle Cell Hypertrophy: ASSEMBLY OF SARCOMERIC UNITS IN SERIES VIA gp130/LEUKEMIA INHIBITORY FACTOR RECEPTOR-DEPENDENT PATHWAYS (∗)
Stow et al. The circadian protein period 1 contributes to blood pressure control and coordinately regulates renal sodium transport genes
Gyurko et al. Modulation of mouse cardiac function in vivo by eNOS and ANP
Kara et al. Adenosine A1 receptors (A1Rs) play a critical role in osteoclast formation and function
Zhou et al. A novel osteoblast-derived C-type lectin that inhibits osteoclast formation
Canettieri et al. Dual role of the coactivator TORC2 in modulating hepatic glucose output and insulin signaling
WO2021075536A1 (en) Therapy for diabetes using stem cell migration agent
VinuÉ et al. Changes in CDKN2A/2B expression associate with T-cell phenotype modulation in atherosclerosis and type 2 diabetes mellitus
Pu et al. Adiponectin promotes human jaw bone marrow mesenchymal stem cell chemotaxis via CXCL 1 and CXCL 8
Cirillo et al. Increased high mobility group box-1 protein levels are associated with impaired cardiopulmonary and echocardiographic findings after acute myocardial infarction
JP5246740B2 (en) Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them
US20070135365A1 (en) Pharmaceutical composition for preventing or remedying cardiac hypertrophy and cardiovascular disease caused thereby
Ren et al. Influence of age on contractile response to insulin-like growth factor 1 in ventricular myocytes from spontaneously hypertensive rats
Colavecchia et al. Functional consequences of thyroid hormone-induced changes in the mitochondrial protein import pathway
Wang et al. Inverse Correlation of TRIM32 and Protein Kinase C ζ in T Helper Type 2–Biased Inflammation
JP5804389B2 (en) Proteins and receptors thereof that change in expression in muscle cells in response to exercise, genes encoding them, and screening methods using them
JPH1192401A (en) Kinase controlled by human blood serum glucocorticoid and target against chronic renal failure
Lin et al. Human resistin induces cardiac dysfunction in pulmonary hypertension
KR20230152099A (en) Novel methods and agents for the treatment, diagnosis and detection of diabetes and its complications

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121225

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130404

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5246740

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160419

Year of fee payment: 3

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250