2020 Fiscal Year Annual Research Report
Mechanism and prevention strategy of inflammation and fibrosis caused by quantitative and qualitative transformation of organ lipids in inflammation cellular society
| Project Area | Preventive medicine through inflammation cellular sociology |
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17H06395
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
島野 仁 筑波大学, 医学医療系, 教授 (20251241)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松坂 賢 筑波大学, 医学医療系, 教授 (70400679)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 糖尿病 / scRNA-seq / 脂質代謝 / SREBP-1 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
２型糖尿病の発症過程における膵島の炎症細胞社会の変遷を、scRNA-seqを駆使して網羅的に把握し、新規のメカニズムを知ることが本研究の主題の一つである。健常から未病状態、未病状態から糖尿病発症へ進展するときの膵島の個々の細胞の変化を明らかにすることを目的として、2型糖尿病モデルマウスであるdb/dbマウスの膵島のscRNA-seq解析を行った。その結果、正常、糖尿病発症初期、糖尿病状態の膵島の細胞がβ細胞、α細胞、δ細胞、PP細胞、マクロファージ、血管内皮細胞など20種類のクラスターに分類された。また、β細胞は病態の進行に伴い9種類のクラスターに分類され、機能エンリッチメント解析から糖尿病の進行に伴い変化する複数のパスウェイが見出された。さらに、scRNA-seqにより糖尿病発症初期のβ細胞で特異的に発現が増加する遺伝子Xを同定し、現在その発現誘導メカニズムおよびβ細胞における機能の解析を行っている。これらの知見は、2型糖尿病の発症機序の解明や新規バイオマーカーの発見および治療法開発に寄与すると期待される。
肝臓の脂質代謝と炎症、線維化の関連を探索する目的で実施している新規プロテアーゼ（R4）によるSREBP-1活性化制御機構の解析では、ウェスタンダイエット（WD）2週間負荷による肥満誘発マウスの解析を行った。WD負荷により、野生型、R4 KOマウス共に体重と脂肪組織の増加が見られたが、体重や肝重量の有意な差は見られなかった。しかし、R4 KOでは、脂肪組織量、血中トリグリセリド、肝臓の総脂肪酸量が低下していた。また、脂肪酸組成解析の結果、多価不飽和脂肪酸種の減少傾向が見られた。R4 KOマウス肝臓では、de novo lipogenesisや多価不飽和脂肪酸の合成酵素の遺伝子発現も低下していることから、R4-SREBP-1経路による脂肪酸合成制御を示すことができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
2型糖尿病モデルマウスの膵島のscRNA-seqに成功し、糖尿病の発症過程におけるβ細胞の遺伝子発現の変遷や多様性を確認することが出来た。また、糖尿病発症初期のβ細胞で特異的に発現が上昇する遺伝子を見出し、新規糖尿病発症予測マーカーあるいは糖尿病の治療標的として期待される。
肝臓のSREBP-1の脂肪酸種特異的プロテアーゼの発見に関する研究は論文として投稿準備中である。新規プロテアーゼ（R4）は、既存のSREBP-1切断活性化経路とは異なり、ゴルジ体への輸送を介さずにER膜上でSREBP-1と共局在、相互作用し、SREBP-1を切断、活性化することを明らかにした。また、SREBP-1活性化の既存経路がコレステロールにより制御されるのに対し、R4-SREBP-1経路は、脂肪酸種により制御－飽和脂肪酸により活性化、不飽和脂肪酸により抑制－されることをin vitro及びin vivoの系で示すことができた。さらに、R4-SREBP-1経路によるde novo lipogenesisや多価不飽和脂肪酸合成系の活性化を示すことができ、新たなR4-SREBP-1経路による脂質代謝制御機構を提唱することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
糖尿病発症初期のβ細胞で特異的に発現が増加する遺伝子Xと糖尿病との関係を、scRNA-seqのデータ解析および培養細胞を用いた機能解析により明らかにする。
新規プロテアーゼ（R4）によるSREBP-1活性化制御機構の解析では、炎症・線維化との関連を明らかにする。我々はこれまでの研究で、ウェスタンダイエット（WD）2週間負荷による肥満誘発マウスの解析からR4-SREBP-1経路による脂質代謝制御を明らかにすることができた。今後は、長期間のWD負荷により、NAFLD誘発マウスを作製し、解析を進める。NAFLD病態が確認できたマウスの血液や肝臓の脂質及び炎症パラメーターを評価する。また、肝臓組織の脂質沈着や炎症進行を病理切片の作製・免疫組織染色を行い解析する。さらに、肝臓組織の脂肪酸組成解析や、遺伝子発現解析を行い、網羅的な脂質変動と遺伝子発現変動を把握することでR4-SREBP-1経路によるNAFLD病態のメカニズムを探っていく。
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[Journal Article] Hepatocellular carcinoma development in diabetic patients: a nationwide survey in Japan.2021
Author(s)
Tateishi R, Matsumura T, Okanoue T, Shima T, Uchino K, Fujiwara N, Senokuchi T, Kon K, Sasako T, Taniai M, Kawaguchi T, Inoue H, Watada H, Kubota N, Shimano H, Kaneko S, Hashimoto E, Watanabe S, Shiota G, Ueki K, Kashiwabara K, Matsuyama Y, Tanaka H, Kasuga M, Araki E, Koike K; LUCID study investigators.
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Journal Title
J Gastroenterol.
Volume: 56(3)
Pages: 261-273
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Guidelines on the Clinical Evaluation of Medicinal Products for Treatment of Dyslipidemia2020
Author(s)
Yamashita S, Masuda D, Akishita M, Arai H, Asada Y, Dobashi K, Egashira K, Harada-Shiba M, Hirata K, Ishibashi S, Kajinami K, Kinoshita M, Kozaki K, Kuzuya M, Ogura M, Okamura T, Sato K, Shimano H, Tsukamoto K, Yokode M, Yokote K, Yoshida M
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Journal Title
Journal of Atherosclerosis and Thrombosis
Volume: 27
Pages: 1246～1254
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Elucidation of Apoa1 Gene Regulatory Mechanism Through Searching Causal Single-Nucleotide Variants2020
Author(s)
Aita Y, Yahagi N, Takeuchi Y, Ho MH, Saber ZM, Huyan Y, Murayama Y, Shikama A, Masuda Y, Izumida Y, Sekiya M, Nakagawa Y, Matsuzaka T, Kawakami Y, Shimano H
Organizer
American Heart Association Scientific Sessions 2020
Int'l Joint Research
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