2012 Fiscal Year Annual Research Report
Molecular Mechanism of Regulating Glucose and Energy Metabolism via Inter-organ Neuronal Network System
| Project Area | Molecular Basis and Disorders of Control of Apetite and Fat Accumulation |
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| Project/Area Number |
22126006
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
片桐 秀樹 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00344664)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 糖尿病 / 脳・神経 / 肥満 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
全身での代謝は、臓器間で連携し協調して調節されている。糖代謝・エネルギー代謝におけるこの協調的代謝調節の乱れが、糖尿病や肥満につながる。研究代表者らは、これらにとって極めて大きな意味を持つ膵β細胞量、基礎代謝、食欲を調節する肝や脂肪組織からの神経ネットワークを発見し、モデル動物でこれらの神経ネットワークを活性化させることにより、インスリン分泌亢進、基礎代謝亢進、過食の抑制により糖尿病や肥満が改善することを見出した。そこで、本領域では、これら臓器間神経ネットワークの分子機構の解明を目指して研究を進めている。
本年度は、まず肝からの神経刺激因子の探索として、初代培養肝細胞を用い、PPARγやMEKなどの遺伝子導入し、培養上清をプロテオーム解析やメタボローム解析を行い、肝細胞分泌される物質を網羅的に検討をおこなった。次に、神経を用いた探索として、迷走神経の神経節を単離し、求心性迷走神経細胞に発現する受容体蛋白を網羅的に検討した。これら肝で精製される分子と求心性迷走神経細胞の発現分子との情報を統合して、リガンドと受容体の関係にあるものを候補とし、これらの分子のクローニングを進めている。
さらに、遠心性神経から膵β細胞へのシグナル伝達の探索として、前年度に構築したin vitroのシステムを用い、迷走神経からβ細胞増殖を引き起こす因子の組み合わせを見出した。次に、β細胞内の増殖に関わる分子機構を解明するため、昨年度に見出した増殖に関わると考えられる分子について、floxマウスおよび膵β細胞でのinducible Creマウスを入手し、膵β細胞特異的な欠損マウスの作製に着手している。
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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
全身での代謝は、臓器間で連携し協調して調節されている。糖代謝・エネルギー代謝におけるこの協調的代謝調節の乱れが、糖尿病や肥満につながる。研究代表者らは、これらにとって極めて大きな意味を持つ膵β細胞量、基礎代謝、食欲を調節する肝や脂肪組織からの神経ネットワークを発見し、モデル動物でこれらの神経ネットワークを活性化させることにより、インスリン分泌亢進、基礎代謝亢進、過食の抑制により糖尿病や肥満が改善することを見出した。そこで、本領域では、これら臓器間神経ネットワークの分子機構の解明を目指して研究を進めている。
本年度は、まず肝からの神経刺激因子の探索として、初代培養肝細胞を用い、PPARγやMEKなどの遺伝子導入し、培養上清をプロテオーム解析やメタボローム解析を行い、肝細胞分泌される物質を網羅的に検討した。次に、神経を用いた探索として、迷走神経の神経節を単離し、求心性迷走神経細胞に発現する受容体蛋白を網羅的に検討した。これら肝で精製される分子と求心性迷走神経細胞の発現分子との情報を統合して、リガンドと受容体の関係にある候補を挙げるに至った。
さらに、遠心性神経から膵β細胞へのシグナル伝達の探索として、前年度に構築したin vitroのシステムを用い、迷走神経からβ細胞増殖を引き起こす因子の組み合わせを見出すに至った。次に、β細胞内の増殖に関わる分子機構を解明するため、昨年度に見出した増殖に関わると考えられる分子について、floxマウスおよび膵β細胞でのinducible Creマウスを入手し、膵β細胞特異的な欠損マウスの作製に着手している。
以上から、計画通りおおむね順調に進展しているものと考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
肝からの求心性神経刺激に関わる因子の探索として、肝でのPPARγとその下流であるFSP27をアデノウィルスを用いて遺伝子導入し、両者で発現が上昇する因子を選択し候補を絞る。また、前年度に見いだされた複数の候補については、クローニングを行い、アデノウィルスベクター組み込んで肝臓に発現させ、臓器間相互作用が生じるかどうかを検討することで、その検証を行うことを計画している。
②膵における遠心性迷走神経末端から分泌され膵β細胞に働きかける神経伝達物質の同定を試みる。膵ランゲルハンス島の単離培養系を用い、これに迷走神経由来因子を作用させるin vitro系を構築し、個々の迷走神経由来因子の効果や、膵β細胞内での増殖やインスリン過分泌に関わる分子機構を検討する。また、膵に分布するニューロンを染色することにより、膵ランゲルハンス島や膵β細胞へ投射する神経の同定を試みる。
③遠心性神経から膵β細胞へのシグナル伝達の探索
膵ランゲルハンス島への迷走神経由来因子の作用をin vitroで検討する。これまでに、β細胞内の増殖に関わると考えられるセルサイクル関連分子を同定しつつあり、これらの分子について、このin vitroの系を用い遺伝子導入やノックダウンを行い、その役割と機序を解明する。さらなる解明を目指し、このうちの鍵分子について膵β細胞特異的誘導性欠損マウスの作製に着手しており、このマウスの解析を通じて、膵β細胞増殖の機序の解明につなげることを計画している。
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[Journal Article] Blockade of the Nuclear Factor-κB Pathway in the Endothelium Prevents Insulin Resistance and Prolongs Life Spans.2012
Author(s)
Hasegawa Y, Saito T, Ogihara T, Ishigaki Y, Yamada T, Imai J, Uno K, Gao J, Kaneko K, Shimosawa T, Asano T, Fujita T, Oka Y, Katagiri H.
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Journal Title
Circulation
Volume: 125
Pages: 1122-1133
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Brain-derived neurotrophic factor protects against cardiac dysfunction after myocardial infarction via a central nervous system-medeiated pathway.2012
Author(s)
Okada S, Yokoyama M, Toko H, Tateno K, Moriya J, Shimizu I, Nojima A, Ito T, Yoshida Y, Kobayashi Y, Katagiri H, Minamino T, Komuro I.
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Journal Title
Arterioscler Thromb Vasc Biol
Volume: 32(8)
Pages: 1902-1909
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Importance of endothelial NF-#61547;B signaling in vascular remodeling and aortic aneurysm formation.2012
Author(s)
Saito T, Hasegawa Y, Ishigaki Y, Yamada T, Gao J, Imai J, Uno K, Kaneko K, Ogihara T, Shimosawa T, Asano T, Fujita T, Oka Y, Katagiri H
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Journal Title
Cardiovascular Research
Volume: 97(1)
Pages: 106-114
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Hepatic glucokinase modulates obesity predisposition by regulating BAT thermogenesis via neural signals.2012
Author(s)
Tsukita S, Yamada T, Uno K, Takahashi K, Kaneko K, Ishigaki Y, Imai J, Hasegawa Y, Sawada S, Ishihara H, Oka Y, Katagiri H.
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Journal Title
Cell Metab
Volume: 16(6)
Pages: 825-832
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Chronic mild stress alters circadian expressions of molecular clock genes in the liver.2012
Author(s)
Takahashi K, Yamada T, Tsukita S, Kaneko K, Shirai Y, Munakata Y, Ishigaki Y, Imai J, Uno K, Hasegawa Y, Sawada S, Oka Y, Katagiri H
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Journal Title
Am J Physiol Endocrinol Metab
Volume: 304(3)
Pages: E301-E309
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Bach1 deficiency protects pancreatic beta cells from oxidative stress injury2012
Author(s)
Keiichi Kondo, Y. Ishigaki, J. Gao, T. Yamada, J. Imai, S. Sawada, A. Muto, Y. Oka, K. Igarashi, H. Katagiri
Organizer
48th European Association for the Study of Diabetes Annual Meeting
Place of Presentation
Berlin,Germany
Year and Date
2012-10-01 – 2012-10-05
Invited
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