Analysis of molecular mechanisms of fructose-induced metabolic disorders using liver organoids

• Project/Area Number: 21K17687
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 59040:Nutrition science and health science-related
• Research Institution: Fujita Health University (2023); Kagawa Prefectural College of Health Sciences (2021-2022)
• Principal Investigator: Yamazaki Mirai 藤田医科大学, 医学部, 講師 (10778096)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: フルクトース / オルガノイド / 代謝疾患 / 肝臓 / 代謝障害

Outline of Research at the Start

現代社会において日常的に摂取されているフルクトースは生活習慣病等の原因として注目されている。本研究ではミニ臓器と呼ばれるオルガノイドを用いた新たな方法にてアプローチし、フルクトースによる悪影響の分子機構の解明を試みる。

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study is to elucidate the molecular mechanisms of fructose-induced metabolic disturbances using liver organoids. Liver tissue was digested using collagenase and dispase, then embedded in Matrigel and cultured. The established liver organoids express cell-specific genetic markers, representing hepatocytes, Kupffer cells, and other cells constituting liver tissue. To analyze the effects of fructose exposure on liver organoids, gene expression analysis was performed using microarrays. The results showed changes in the expression of 34 genes, including those involved in metabolic regulation and oxidative stress.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

フルクトースは天然甘味料のひとつであり、清涼飲料水や加工食品などに広く使用されている。過剰なフルクトース摂取は代謝疾患の発症要因になることが指摘されている。しかし、その分子機構については不明な点が多く、予防や治療の観点から解明が強く求められている。本研究ではオルガノイドと呼ばれる新たな培養技術を用いた。従来の細胞培養系と比較して、ミニ臓器と称されるオルガノイドは生体内での現象を詳細に反映するとされている。オルガノイドを用いた新たなアプローチにより、フルクトースによる代謝障害の分子機構について、大きく理解が進むことが期待される。

Research Products

• [Journal Article] Interaction between Prenatal and Postnatal Exposure to High-Fructose Corn Syrup Increases Gene Expression of <i>Tnfa</i> in Hippocampus of Offspring (2023)
  • Author(s): Yamazaki M, Yamada H, Munetsuna E, Ando Y, Kageyama I, Sadamoto N, Nouchi Y, Teshigawara A, Mizuno G, Ishikawa H, Suzuki K, Hashimoto S, Ohashi K.
  • Journal Title: Journal of Nutritional Science and Vitaminology Volume: 69 Issue: 4 Pages: 237-242
  • DOI: 10.3177/jnsv.69.237
  • ISSN: 0301-4800, 1881-7742
  • Year and Date: 2023-08-31
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] フルクトース過剰摂取モデルラットの肝オルガノイド作成および遺伝子発現解析 (2024)
  • Author(s): 山崎未来、山田宏哉、宗綱栄二、市川勇斗、安藤嘉崇、波田薫平、江頭和樹、野内佑起、景山斎、若杉拓哉、水野元貴、石川浩章、鈴木康司、大橋鉱二、大神信孝
  • Organizer: 第94回日本衛生学会学術総会
• [Presentation] 高脂肪食ラットの肝オルガノイドにおけるGpnmbの遺伝子発現評価 (2023)
  • Author(s): 波田薫平、山田宏哉、宗綱栄二、安藤嘉崇、山崎未来、水野元貴、景山斎、野内佑起、石川浩章、鈴木康司、大橋鉱二
  • Organizer: 第96回日本内分泌学会学術総会
• [Presentation] フルクトース過剰摂取のモデルラットの肝オルガノイド作成と評価 (2022)
  • Author(s): 市川勇斗、山田宏哉、宗綱栄二、安藤嘉崇、景山斎、野内佑起、池谷美幸、波田薫平、山崎未来、水野元貴、石川浩章、鈴木康司、大橋鉱二
  • Organizer: 第93回日本衛生学会学術集会
• [Presentation] 高脂肪食負荷ラットにおける肝オルガノイドの作製 (2021)
  • Author(s): 榊原知秀、山田宏哉、宗綱栄二、山崎未来、安藤嘉崇、水野元貴、景山斎、 野内佑起、若杉拓哉、市川勇斗、池谷美幸、石川浩章、鈴木康司、大橋鉱二
  • Organizer: 第92回日本衛生学会学術総会