膵β細胞と前駆細胞の維持・分化・脱分化の機構の解明と、糖尿病治療の基盤技術の創出

• Project/Area Number: 15K09379
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Metabolomics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 杉山 拓也 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (60747616)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2017: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2016: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2015: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: 膵臓 / 糖尿病 / 単細胞解析 / 発生 / 細胞分裂 / 分化 / 多能性前駆細胞 / FACS

Outline of Annual Research Achievements

未分化な前駆細胞が細胞分化すると同時に、前駆細胞プールを失わずに維持できるメカニズムは、多細胞生物一般にとって基本的に重要である。遺伝子改変マウスを使った細胞系譜の研究により、膵島を含む大人のすべての膵上皮細胞は、胎仔期に存在する膵臓の多能性前駆細胞に由来することが明らかとなっている。われわれは以前、この多能性前駆細胞をFACSを用いて純化する方法を確立し、また遺伝子改変技術により、内分泌前駆細胞特異的な転写因子であるNeruogenin 3が発現すると、遺伝子レポーターの発現が惹起され、これにより膵島分化プログラムの開始をリアルタイムに観察できる系を報告した。今回われわれは、遺伝子ラベルされ、FACS純化された多能性前駆細胞について、その細胞分裂と分化の系譜をシングルセルレベルで解析するプラットフォームを確立した。特殊なハイドロジェルで作られた微小な培養ウェル上に細胞間マトリックスをコートし、その上で多能性前駆細胞を二次元培養した。多能性前駆細胞シングルセルの細胞増殖および分化の様式を、蛍光タイムラプス顕微鏡を用いて解析した。その結果、多能性前駆細胞が細胞分裂したとき、一方の子細胞のみが膵島分化プログラムを開始し、もう一方の子細胞は未分化状態に留まることが示された。この新規のプラットフォームの適用により、正常な状態や糖尿病などの遺伝子疾患、癌における、従来明らかでなかった多能性前駆細胞の活性が、明らかとなることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Dissecting human gene functions regulating islet development with targeted gene transduction. (2015)
  • Author(s): Philip T. Pauerstein, Takuya Sugiyama, Susan Stanley, Graeme W. McLean, Jing Wang, Martin G. Martin, Seung K. Kim
  • Journal Title: Diabetes Volume: 64 Issue: 8 Pages: 3037-3049
  • DOI: 10.2337/db15-0042
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In vitro での機能的ヒトβ細胞分化誘導法。Generation of functional human beta cells in vitro (2015)
  • Author(s): 杉山拓也、山内敏正、田丸新一、廣田雄輔、門脇孝
  • Journal Title: 内分泌・糖尿病・代謝内科 Volume: 41 Pages: 63-39
• [Presentation] Asymmetric Differentiation of Multipotent Pancreatic Progenitor Cells (2015)
  • Author(s): Takuya Sugiyama, Toshimasa Yamauchi, Shinichi Tamaru, Yusuke Hirota, Miki Okada-Iwabu, Masato Iwabu, Matthias Lutolf, Helen Blau, Takashi Kadowaki, Seung K. Kim
  • Organizer: Keystone Symposia Conference (Diabetes)
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2015-10-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒト膵管細胞からインスリン分泌細胞を誘導する (2015)
  • Author(s): 杉山拓也、山内敏正、Jonghyeob Lee、田丸新一、廣田雄輔、岩部美紀、岩部真人、門脇孝、Seung Kim
  • Organizer: 第36回日本肥満学会
  • Place of Presentation: 名古屋
  • Year and Date: 2015-10-02
• [Presentation] 胎児膵臓から多能性前駆細胞を単離し、膵臓発生をインビトロで再構成する実験系の確立と、分化に必要な新規遺伝子の同定 (2015)
  • Author(s): 杉山拓也、山内敏正、廣田雄輔、岩部美紀、岩部真人、門脇孝、Seung Kim
  • Organizer: 第6回Molecular Cardiovascular Conference II
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-09-04
• [Presentation] ヒト膵管細胞からインスリン分泌細胞を誘導する (2015)
  • Author(s): 杉山拓也、山内敏正、Jonghyeob Lee、廣田雄輔、岩部美紀、岩部真人、宮崎純一、門脇孝、Seung K.Kim
  • Organizer: 第58回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Place of Presentation: 下関
  • Year and Date: 2015-05-20