膵β細胞の量・機能を制御する細胞内シグナルの同定

• Project/Area Number: 19K16547
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 49010:Pathological biochemistry-related
• Research Institution: National Center for Global Health and Medicine
• Principal Investigator: 生島 芳子 国立研究開発法人国立国際医療研究センター, その他部局等, 上級研究員 (00571366)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 膵島 / 膵β細胞 / MEK/ERKシグナル / 2型糖尿病 / 開口放出 / 細胞増殖 / Mek/Erk / グルコース応答性インスリン分泌

Outline of Research at the Start

申請者は膵β細胞特異的Mek1/2欠損マウス (MIPCreERT+/Mek1f/f/Mek2ko/ko (Tmx+)) が、①グルコース応答性インスリン分泌 (GSIS) における第1相の分泌障害を呈すること、②高脂肪食条件下において膵島容量の低下を生じ、耐糖能異常とインスリン分泌の低下を呈すること、を見出してきた。本研究では、これらの表現型を呈する分子メカニズムを検討し、キーとなるMek/Erk経路下流分子を同定しその役割を明らかにする。その上で、Mek/Erk経路下流の新規分子をターゲットとする薬剤を投与して患者自身の膵β細胞の維持・回復を目指す新しい2型糖尿病治療戦略を提案したい。

Outline of Annual Research Achievements

研究者らは、膵β細胞特異的Mek1/2欠損マウスを用いたこれまでの解析で、MEK/ERKシグナルは膵β細胞の量だけでなく分泌能の制御にも重要であり、特にインスリン抵抗性の亢進によりインスリン需要の増大する肥満時には2型糖尿病発症の防波堤として機能している可能性を見出してきた。また、単離膵島および膵β細胞株を用いたリン酸化プロテオミクス解析の結果からは、MEK/ERKシグナルが開口放出関連因子や細胞骨格関連因子のリン酸化制御を介してインスリン顆粒の開口放出を制御している可能性が考えられた。さらに、剖検症例の解析を通じ、実際ヒトにおいても2型糖尿病の発症・進行と膵β細胞におけるMEK/ERKシグナルの活性化状況になんらかの因果関係がある可能性を見出した。今年度は、こうしたこれまでの一連の成果をまとめ論文発表した (Ikushima YM et al. Diabetes 2021)。また、リン酸化プロテオミクス解析を通じて見出された、MEK/ERK下流で制御されて開口放出制御に関与し得るいくつかのタンパク被リン酸化部位の候補について、インスリン顆粒の開口放出における実際の役割・寄与を検討するため、CRISPR-Cas9システムを利用した当該部位を含む遺伝子を欠損した膵β細胞株の作成、および、当該部位を含む遺伝子または当該部位をアラニン置換した同遺伝子の過剰発現に用いるAAVウイルスの準備を進めた。

Research Products

• [Journal Article] MEK/ERK Signaling in β-Cells Bifunctionally Regulates β-Cell Mass and Glucose-Stimulated Insulin Secretion Response to Maintain Glucose Homeostasis (2021)
  • Author(s): Ikushima Yoshiko Matsumoto、Awazawa Motoharu、Kobayashi Naoki、Osonoi Sho、Takemiya Seiichi、Kobayashi Hiroshi、Suwanai Hirotsugu、Morimoto Yuichi、Soeda Kotaro、Adachi Jun、Muratani Masafumi、Charron Jean、Mizukami Hiroki、Takahashi Noriko、Ueki Kohjiro
  • Journal Title: Diabetes Volume: 70 Issue: 7 Pages: 1519-1535
  • DOI: 10.2337/db20-1295
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Machine Learning of Hematopoietic Stem Cell Divisions from Paired Daughter Cell Expression Profiles Reveals Effects of Aging on Self-Renewal (2020)
  • Author(s): Arai Fumio、Stumpf Patrick S.、Ikushima Yoshiko M.、Hosokawa Kentaro、Roch Aline、Lutolf Matthias P.、Suda Toshio、MacArthur Ben D.
  • Journal Title: Cell Systems Volume: 11 Issue: 6 Pages: 640-652
  • DOI: 10.1016/j.cels.2020.11.004
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] MEK/ERKシグナルによるインスリン分泌制御のメカニズム (2021)
  • Author(s): 生島 芳子, 小林 直樹, 粟澤 元晴, 遅野井 祥, 諏訪内浩紹, 守本 祐一, 添田光太郎, 足立淳, 村谷 匡史, 水上 浩哉, 高橋 倫子, 植木浩二郎
  • Organizer: 第64回日本糖尿病学会年次学術集会
• [Presentation] Roles of MEK/ERK signaling in pancreatic β cells under insulin resistant status (2021)
  • Author(s): Ikushima YM, Awazawa M, Kobayashi N, Osonoi S, Suwanai H, Morimoto Y, Soeda K, Adachi J, Muratani M, Mizukami H, Takahashi N, Ueki K
  • Organizer: 第64回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Invited
• [Presentation] 膵β細胞の量と分泌能を制御するMEK/ERKシグナル (2020)
  • Author(s): 生島 芳子,小林 直樹,粟澤 元晴,諏訪内 浩紹,添田 光太郎,村谷 匡史,足立 淳,高橋 倫子,植木 浩二郎
  • Organizer: 第63回日本糖尿病学会年次学術集会
• [Presentation] MEK/ERKシグナルによる膵β細胞制御 (2020)
  • Author(s): 生島 芳子, 小林 直樹, 粟澤 元晴, 諏訪内浩紹, 添田光太郎, 村谷 匡史, 高橋 倫子, 植木浩二郎
  • Organizer: 第34回日本糖尿病・肥満動物学会
• [Presentation] 膵β細胞の量と分泌能を制御するMEK/ERKシグナル (2020)
  • Author(s): 生島 芳子, 小林 直樹, 粟澤 元晴, 諏訪内浩紹, 添田光太郎, 村谷 匡史, 足立淳, 高橋 倫子, 植木浩二郎
  • Organizer: 第63回日本糖尿病学会年次学術集会
• [Presentation] 膵β細胞制御におけるMek/Erkシグナルの役割の解明 (2019)
  • Author(s): 生島 芳子, 小林 直樹, 粟澤 元晴, 諏訪内浩紹, 添田光太郎, 村谷 匡史, 高橋 倫子, 植木浩二郎
  • Organizer: 第62回日本糖尿病学会年次学術集会