糖尿病での膵β細胞イオンチャネルの機能異常に関する生理学的および分子生物学的研究

1993 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05670857
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 石田 均 京都大学, 医学部, 助手 (80212893)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 清野 裕 京都大学, 医学部, 助教授 (40030986)
• Keywords: 糖尿病 / 膵β細胞 / 細胞内カルシウム濃度 / インスリン / パッチクランプ法 / ATP感受性K^+チャネル / 電位依存性Ca^<2+>チャネル

Research Abstract

インスリン非依存型糖尿病(NIDDM)における膵β細胞からのブドウ糖刺激に対する選択的なインスリン分泌不全の発症機序について、膵β細胞内カルシウム上昇反応がブドウ糖に対して低下ならびに遅延している事実を明らかにしてきた。そこで細胞内カルシウムの上昇機構において重要な役割を果たしているATP感受性K^+チャネル(K_<ATP>チャネル)について、電気生理学的手法のpatch-clamp法により直接的な検討を加えた。遺伝的NIDDMモデル動物のGKラットでは、cell-attached modeでの膵β細胞K_<ATP>チャネルのブドウ糖刺激に対する活性の抑制率の低下を認めた。一方inside-out patchによるK_<ATP>チャネルのATPに対する感受性には対照と差を認めなかった。したがってブドウ糖に対するチャネル活性の抑制率の低下は、K_<ATP>チャネル自体の特性の変化ではなく、膵β細胞内でのブドウ糖代謝機構の障害にともなうATP産生能の低下に起因すると考えられた。次に代謝障害部位について同定を行なうため、ブドウ糖の中間代謝産物を経由して代謝されるfuel substrateを用いて検討を進めたところ、ミトコンドリアのTCA cycleから直接代謝経路に入るketoisocaproateにおいても、また解糖系のglyceraldehyde-3-phosphateとなり代謝されるglyceraldehydeにおいても、K_<ATP>チャネルの抑制効果はGKラットと対照の間で差は認められなかった。さらにブドウ糖をglucose-6-phosphateに代謝するglucokinase活性についても対照と有意差を認めなかった。以上より膵β細胞内での糖代謝障害部位は、解糖系のglucose-6-phosphate以降かつglyceraldehyde-3-phosphate以前のいずれかのstepに存在するものと推測された。また膵β細胞での糖代謝機構に重要な地位を占めることが知られているglycerol-phosphate shuttleはglyceraldehyde-3-phosphateの一つ近位側にあるfructose-1,6-bisphosphateより生じるdihydroxyacetone-phosphateを経由するので、このshuttleの機能異常についても今後の詳細な検討が必要である。

Research Products

• [Publications] K.Tsuji et al.: "Selective impairment of the cytoplasmic Ca2+ response to glucose in rat pancreatic β-cells of streptozotocin-induced non-insulin-dependent diabetic rats." Metabolism. 42. 1424-1428 (1993)
• [Publications] Y.Tsuura et al.: "Glucose sensitivity of ATP-sensitive K+ channels is impaired in β cells in the GK rats,a new genetic model of NIDDM." Diabetes. 42. 1446-1453 (1993)
• [Publications] S.Hayashi et al.: "Disopyramide blocks pancreatic ATP-sensitive K+ channels and enhances insulin release." Am.J.Physiol.265. C337-C342 (1993)
• [Publications] N.Takeshita et al.: "Circulating levels and bone contents of bone γ-carboxyglutamic acid-containing protein in rat models of non-insulin-dependent diabetes mellitus." Acta Endocrinol.128. 69-73 (1993)
• [Publications] X-H.Gu et al.: "Suppressive effect of GABA on insulin secretion from the pancreatic β-cells in the rat." Life Sci.52. 687-694 (1993)
• [Publications] S.Kato et al.: "Increased calcium channel currents of pancreatic β cells in neonatally streptozotocin-induced diabetic rats." Metabolism. (in press).
• [Publications] H.Ishida et al.: "Frontiers of Insulin Secretion and Pancreatic B-cell Research" P.R.Flatt and S.Lanzen(in press),