第89回 日本 内科 学会講 演会
シ ンポ ジ ウム
1
内科 疾 患 と分 子 生 物 学 3.代 謝疾 患 と分子生物学 神戸大学医学部第二内科 春 日
Key
words:イン
ス リン遺
伝 子,イ
ン ス リ ン 受 容 体遺 伝 子 ,グ
雅 人
ル コ キ ナ ー ゼ遺 伝 子,
糖 尿 病),そ
は じめ に
posltlonal
cloning
の 他 の 糖 尿 病(膵 疾 患 に伴 う も の,内
分 泌 疾 患 に 伴 う もの,イ
ン ス リン あ る い は イン ス
リン 受 容 体 異 常 症 に 伴 う も の な ど)に 代 表 的 な 代 謝 疾 患 で あ る 糖 尿 病 を 取 り上 げ て,
い る が,同
じIDDMあ
分 類 され て
る い はMDDMで
もそ れ ら
その 糖 尿病 学 の発 展 に分 子 生物 学 の進 歩 が どの よ
が 均 一 の 成 因 に よ っ て い る わ け で は な い と推 測 さ
う に 貢 献 して い る か 解 説 し た い.
れ る 、 す な わ ち,糖
分 子 生 物 学 の 発 展 は,糖
尿病 学 の 治療 の面 あ る
尿 病 は イン ス リン 遺 伝 子 が 翻
訳 さ れ イ ン ス リン 分 子 と な り,膵 β細 胞 か ら分 泌
い は 合 併 症 の 発 症 機 構 に 関 し て も種 々 の 貢 献 を な
され て血 中 に 運 ぼ れ,標
し得 て い る.例
容 体 に結 合 し て,そ
治 療 に,遺
えば,イ
ンス リン抵抗 性糖 尿 病 の
伝 子工 学 の 手 法 を用 い て大 量 生産 可 能
と な っ た1GF-1が
用 い ら れ て お り,イ
容 体 異 常 症 に お い て も,明
ン ス リン 受
れ は,今
の効 果 を発 現 す る迄 に関 係 す
る い ず れ の ス テ ッ プ が 障 害 さ れ て も発 症 し うる と 考 え ら れ る(図1).
らか な 血 糖 降 下 作 用 を
示 す こ とが 明 ら か と な っ た.こ
的 細 胞 上 の イン ス リン 受
糖 尿 病 の 成 因 一"糖 尿 病 遺 伝 子"一 を 分 子 生 物 学
迄 治療 法
的 手 法 を 用 い て 明 ら か に す る 方 法 は,二
つのアブ
が な か っ た イン ス リン受 容 体 異 常 症 の 患 老 に と っ
ロ ー チ の 仕 方 に 大 別 で き る(表) ,一 つ は,既
て 大 き な 福 音 と な る と 思 わ れ る 。 しか し な が ら,
遺 伝 子 か らの ア プ ロ ー チ で あ る.候
最 も そ の 貢 献 が 著 し い 分 野 は,現
なわ ち上 に述 べた イ ンス リンが合 成 され て か ら イ
在 の と こ ろ,そ
の 成 因 の 解 明 に つ い て で あ る と思 わ れ る.す ち,い 子(糖
ン ス リン 受 容 体 に 結 合 して,そ
なわ
くつ か の 糖 尿 病 状 態 を ひ き お こ し う る 遺 伝 尿 病 遺 伝 子)が
の 作用 を 発現 す る
まで に関 係 す る各 種 の過 程 で重 要 な役 割 を果 たす と考 え られ て い る 蛋 白 の 遺 伝 子 に つ い て 検 討 す る
明 ら か に さ れ つ つ あ る.本
稿 で は こ れ ら の 点 に つ い て,簡
知の
補 遺 伝 子,す
単 に解 説 し た い.
方 法 で あ る.も
う一 つ の 方 法 は,来
知 の糖尿 病 遺
伝 子 を 発 見 し よ う と す る ア プ ロ ー チ で あ り,い わ 1.糖
尿 病 の 成 因 の 多 様 性 と分 子 生 物 学 的
ゆ るreverse
糖 尿 病 は遺 伝 性 疾 患 で あ る こ とが 知 られ て お り,臨 床 的 に は 高 血 糖 を 主 徴 と し,特
近 で はpositional
clon・
の成 因
は 不 均 一 で あ る.現 在,糖
ンス リ
尿 病 はIDDM(イ
(restricted
fragmen£1ength
polymorphism)を
示 すDNAマ
ー カ ー と糖 尿 病 多 発 の 大 家 系 を 用 い
て 糖 尿 病 を ひ き お こす 遺 伝 子 を 明 ら か に し よ う と
有 な血 管 合
併 症 を 引 き お こす 一 群 の 疾 患 で あ る が,そ
ン依 存 型 糖 尿 病),NIDDM(イ
genetics(最
lngと も 呼 ば れ る)の 手 法 を 用 い る も の で, RFLP
ア プ ロー チ
す る もの で あ る.
ン ス リ ン非 依 存 型
(67)日
本内科学会雑誌
第81巻
第9号 ・平成4年9月10日
1368
シ ソ ポ ジ ウ ム1
図1.イ
内 科 疾 患 と分 子 生 物 学
ン ス リン 合 成 か ら作 用 発 現 ま で の 過 程 と糖 尿 病 で の 各 種 障 害 部 位(佐
Practice 663;1244.を
ovaryが
日:Medical
認 め られ れば,イ
ン ス リン 受 容 体 異 常 症
知 の 遺 伝 子 か ら の 同 定
の 可 能 性 が 高 く,イ
candldate
場 合 の 候 補 遺 伝 子 と な る.候
gene(候
補 遺 伝 子)
insulin insulin
receptor
補 遺 伝 子 が 絞 られれ
て い け ば よ い.一 般 的 に は,Northern
glucose
blot法 を 用
synthase
い て そ の 遺 伝 子 の 発 現 量(mRNAの
glucokinase
量)や
イ ズ の 大 き さ が 適 当 か を 検 討 す る.次
transporter
HLA
そ のサ
に,そ
の遺
伝 子部 分 の大 きな欠 失変 異 あ るい は挿 入 変異 があ
知 の 遺 伝 子 の 発 見
る か ど うか をSouthern
多 発 家 系 reverse
ンス リン受容 体 遺伝 子 が この
ば ,通 常 の 遺 伝 子 解 析 法 の 順 に 従 っ て 解 析 を 進 め
glycogen
2.未
倉,春
改 変)
表.糖 尿病 遺伝 子の 同定 な らび に発 見 1.既
3.
blot法 を 用 い て 解 析 す る.
さ ら に 細 い 変 異 は,cDNAク
genetics
DNAマ ー カ ー に _→ よ る 遺 伝 子 の 局 在
遺 伝 子_→ を 単 離
遺 伝 子 産 物 の 機 能 の 同 定
ロ ーニ ン グ法 かPCR一
直 接 塩 基 配 列 決 定 法 に よ り患 者 の 候 補 遺 伝 子 の 全 塩 基 配 列 を 決 定 す る こ と と な る 。PC恥 直 接 塩 基 配 列 決 定 法 が 開 発 さ れ て 以 来,比
較 的 簡単 に塩 基 配
列 が 決 定 で き る よ う に な り,イ
2.既
知 の遺 伝 子 か らの ア プ ロー チ
cDNA遺
伝 子 の よ う に5kbを
で も,1∼2ヵ 既 知 の 遺 広 子 か ら の ア プ ロ ー チ で,糖 子 を 同 定 す る た め に は,臨 績 か ら,図1の
尿病 遺 伝
れ わ れ は,cDNAク
ロー ニ ン グ 法 あ る い はPCR一 直 接 塩 基 配 列 決 定 法
いず れ の ス テ ップが障 害 され てい
と えば,高
月 で大 部 分 の塩 基 配 列 が 決定 で ぎ
る よ うに な っ て ぎ て い る.わ
床 的 な 観 察 と各 種 の 成
に よ り イ ン ス リ ソ受 容 体 異 常 症 の 症 例 に 一 塩 基 変
る か を 明 らか に し,可 能 な か ぎ り候 補 遺 伝 子 を 絞 る こ と が 重 要 で あ る.た
ン ス リン受 容 体
超 え る大 きい遺 転 子
異 を 見 い だ し て い る11),2). こ れ ら の 症 例 は,い
イ ン ス リン血
ず れ もイ ン ス リン受容 体 の
症 を 呈 す る糖 尿病 で は 多 くの 可 能 性 が 存 在 す る
チ ロシ ンキ ナ ーゼ ドメイ ンの一 塩 基 置換 に よる も
が,イ
の で,Arg1131→GlnH31あ
ン ス リ ン抗 体 が な く イ ン ス リソ 負 荷 テ ス ト
で 血 糖 の 低 下 が 悪 く,黒
日本内科学会雑誌
第81巻
色 表 皮 腫 とpolycystic
第9号 ・平成4年9月10日
る い はGly1008→Va11。08と
い う変 異 が ヘ テ ロ に 認 め ら れ た .こ (68)
の部 位 を各 種
春 日
雅人
1369
の プ ロ テ イ ン キ ナ ー ゼ の ア ミ ノ酸 配 列 と比 較 検 討
Southern
し て み る と,前 者 はcatalytic
で あ れ ぽ,特
異 な 臨 床 像 を 伴 う糖 尿 病 を 呈 す る と
思 わ れ る.し
た が っ て,一
る 方 法 で,な
おか つ 多数 の サ ン プル を処理 で き る
loopと 呼 ば れ て い る
部 分 の 最 初 の ア ミ ノ酸 の 変 異 で あ り,後 老 はGly - X-Gly-X-X-Glyと
い う配 列 の 三 番 目のGlyで
こ とが 明 ら か と な っ た .こ
ある
の 変 異 に よ り,受 容 体
blotで 見 い 出 さ れ る よ う な 大 ぎ な 変 異
塩 基 変異 を も見 い 出せ
方 法 と い う こ とに な る.わ
れ わ れ は,こ
の チ ロ シ ン キ ナ ーゼ 活 性 が 低 下 し て い る こ と を 確
た め にPCR-SSCP(single
strand
認 す る た め に,後 者 の 異 常 に つ い て,chinese
polymorphlsm)法
sもer ovary(CHO)細
胞 に この 変異 イ ンス リン受
容 体 遺 伝 子 をtransfection法 た.そ
の 結 果,こ
ham-
conforrnation
を 用 い て イ ン ス リン 遺 伝 子4),
イン ス リ ソ 受 容 体 遺 伝 子5),糖 輸 送 担 体6)に つ い て
に よ り発 現 し検 討 し
の 一 塩 基 置 換 に よ り,イ
の 目的 の
検 討 中 で あ り,一塩
ンス リ
基 置 換 を 見 い 出 せ る迄 に は
な っ た が,false総ga重ive(見
逃 しサ ン プ ル)が
な
ン 受 容 体 に 内 在 す る チ ロ シン キ ナ ー ゼ 活 性 が 高 度
い か は 常 に 問 題 点 と し て 残 る と 思 わ れ る.し
に 低 下 す る こ と2),さ ら に こ の キ ナ ー ゼ 活 性 が 低
な が ら,現 状 で はPCR-SSCP法
下 し た イ ン ス リン 受 容 体 は,グ
に 用 い る こ と が で き る 唯 一 の 簡 便 な 方 法 と思 わ れ
ル コース の グ リ
コ ー ゲ ン へ の 取 り込 み や,チ ミ ジ ン のDNAの 込 み,さ
ら に はS6蛋
取 り
わ ち,こ
る.
白の燐 酸 化 に対 す る イン ス リ
ン の 効 果 を 伝 達 し な い こ と3)が確 認 さ れ た .す
2)未 知 の糖 尿 病 遺 伝 子 の 発 見 への ア ブ 日一 チ の 問題 点
な
の イン ス リ ン 受 容 体 キ ナ ー ゼ ド メ イ ン の
一 塩 基 置 換 が ,個
ReverSe
体 レベ ル に お け る 糖 尿 病 の 発 症
に 深 く関 与 し て い る 可 能 性 が 高 く,イ
か し
が この 目的 の た め
genetlcsの 手 法 が そ の 責 任 遺 伝 子 を 発
見 す る こ と に 成 功 し た 疾 患 を 見 れば 明 ら か な よ う
ン ス リン 受
に,こ
の 手 法 が 成 功 す る た め に は,①
そ の疾 患 の
容 体 遺 伝 子 は 糖 尿 病 状 態 を ひき お こ し う る遺 伝 子
成因 が 均 一 で あ り,一 つ の 遺伝 子 の 異 常 に よ る と
(糖 尿 病 遺 伝 子)の
考 え ら れ る こ と,② 遺 伝 子 異 常 の 個 体 へ の 影 響 が
ひ とつ で あ る と 考 え ら れ た 。
強 く,早 期 に か つ 遺 伝 子 異 常 を 持 つ 人 の 大 多 数 の
3.分
子 生 物 学 的 ア ブq一
チ の問 題 点
人 に そ の 異 常 に よ る症 状 が 出 現 す る こ と,な 必 要 で あ る 。 糖 尿 病 を 考 え た 場 合,遺
どが
伝的 負荷 が
1)既 知 の 遺伝 子 か らの ア プ ロー チ の問題 点
強 い と い うNIDDMで
分 子 生物 学 的 手 法 の発 達,普 及 と と もに,各 種 の糖 尿 病患 者 に各 種 の遺 伝 子 異常 が 見 い 出 され る
を 満 た して い な い 。す な わ ち,NIDDMの 成 因 が均 一 の もので ,一 つ の 遺 伝 子 異 常 に よ る も の とは 考
と思 わ れ る.最 も重 要 な点 は,こ れ らの遺 伝 子異
え に くい.し
常 と糖 尿病 発 症 との関 連 を 明 らかに す る ことで あ
MDDMに
応 用 す る の は 問 題 で あ る.こ
のために
り,こ の意 味 で 異 常遺 伝 子 の培 養 細胞 系 での発 現
は,臨 床 的 な 観 察 と検 査 に よ り,NIDDMの
中か ら
のみ な らず,個 体 で の発 現 も よ り積 極的 に取 り組
一 つ の 遺 伝 子 異 常 に よ る と 考 え られ る均 一 な 集 団
む べ き と考 え る.ま た特 異 な臨 床 像 や検 査 成績 か
を 分 離 す る こ と が 必 要 で あ り,こ れ こそ が 臨 床 医
も な か な か こ の よ う な条 件
た が っ て,こ
の 手 法 を 漫 然 と一 般 の
ら,候 補 遺 伝 子 を絞 る こ とが で き る糖 尿 病 は,今
に 課 せ ら れ た 重 要 な 役 目 と 思 わ れ る.実
後 比較 的 容 易 にそ の候 補 遺 伝子 の異 常 を見 い出 せ
Fajansら
る可能 性 が 高 い.し た が って今 後 の興 味 と しては, 一般 のNIDDMな どで そ れ ぞ れ の 候補 遺伝 子 の異
rity onset
常 が どの位 の 頻度 で存 在 し,そ れ ぞ れが そ の病 態
近 い"表 現i型"を と る糖 尿 病)に つ い て,Bel1ら
に どの程 度 関 与 して い るか とい うこ とに な る と思
ヒ の 手 法 を 用 い て,MODYの
わ れ る.残 念 な が ら,こ の 間 に対 す る解 答 を 出す
adenosine
良 い方 法 が ない の が現 状 で あ る.各 候 補 遺 伝子 の
る こ と を 見 い 出 し た7}.な お,MODYに
がNIDDMか diabetes
of the young:若
染 色 体 姓 優 性 遺 伝 を 示 す,臨
169)日
際 に,
ら 分 離 し たMODY(matu-
deaminase遺
本 内科学会雑誌
年 発 症 の常
床 的 に はNIDDMに は
一 つ の責 任 遺 伝子 が 伝 子 の非 常 に 近 い所 に あ
第81巻
お いて は最
第9号 ・平成4年9月10日
1370
シ ン ポ ジ ウ ム1
.内科 疾 患 と 分 子 生 物 学
3.
積 み 重 ね,な らび に遺 伝 子操 作 を 加 え た マ ウ ス 用 いて の実 験 な どか ら,糖 尿 病 発 症 に おけ る遺 因子 と環 境 因 子 のそ れ ぞ れの 役 割 を 明 らか にす こ とが 今後 の 重要 な課題 と考 え られ る,
文 1)岸
本 美 也 子,他:イ
loop部
献 ン ス リ ン 受 容 体 のcatalytic
位 の一塩 基 置換 が 見 い 出 され た イン ス リ
ン 祇抗 偉 糖 尿 病 の1例
2) Odawara
一 日内 会誌
M, et al :
edwith
Human
a mutation
domain
81:240.1992,
diabetes
associat
in the
tyrosine
kinase
of the insulin receptor.
Science
245: 66,
1989. 3)Yamamoto R, et al: Phosphorylation and biological function of a mutant insulin receptor 1990. 4) Kishimoto 近,グ
ル コ キ ナ ー ゼ 遺 伝 子 の 異 常 も報 告 さ れ て お
り興 味 深 い8).
mation
示 す ご と く,疾 患 は 遺 伝 因 子 と環 境 因 子
に よ っ て ひ き お こ さ れ る が,そ
れ ぞ れが 関与 す る
polymorphisms.
病 と い う不 均 一 な 成 因 で 生 じ る病 態 で は,こ
尿
の病
態 の な か で も両者 の演 じる割合 は異 な る と思わ れ 尿 病 の 発 症 に 深 く関 与 し て い る遺 伝 子,す 尿 病 遺 伝 子 と も 呼 ぶ べ き遺 伝 子 と して
在 迄 の と こ ろ,イ
リ ソ受 容 体 遺 伝 子,グ され て い る.糖
of mutations
in
J
Clin
Endocrinol
ソ ス リン 遺 伝 子,イ
ンス
ル コキ ナ ーゼ遺 伝 子 が報告
尿 病 の 発 症 に どの 程 度 遺 伝 因 子 が
関 与 す る か は,関
係 して い る糖 尿病 遺 伝 子 の数 と
種 類 に よ る も の と 思 わ れ る.新 の 発 見 の み な ら ず,個
しい糖 尿病 遺 伝 子
々の遺 伝 子異 常症 の解 析 の
by SSCP (single strand conformation
polymorphism) 1992. 6) Muraoka
割 合 は 遺 伝 病 か ら中 毒 症 迄 さ ま ざ ま で あ る.糖
な わ ち,糖
Detection
74: 1027, 1992.
resistance
は,現
M, et al :
5) Kim H, et al : Detections of mutations of insulin receptor genes in patients with insulin
お わ りに
る.糖
Val996. J Biol Chem 265: 14777,
the human insulin gene by single strand confor Metab
図2に
state human
A, et al:
of the human glucose Nucleic
method.
Diabetologia
Polymorphism
GLUT 4/muscle-fat
transporter gene detected Acids Res 19: 4313, 1991.
7) Bell GI, et al :
35: 261, in exon 4a facilitative by SSCP.
Gene for non-insulin-dependent
diabetes mellitus (maturity-onset diabetes of the young subtype) is linked to DNA polymor phism on human chromosome Acad Sci USA 88: 1484, 1991. 8) Vionnet
N, et al:
Nonsense
glucokinase gene causes insulin-dependent diabetes 356:721,1992.
20q. Proc mutation
Natl in the
early-onset nonmellitus. Nature