2016 Fiscal Year Annual Research Report
Fate determination of pancreatic beta cells by glucokinase activation
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16H05329
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
寺内 康夫 横浜市立大学, 医学研究科, 教授 (40359609)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
伊藤 譲 横浜市立大学, 医学部, 助教 (00512980)
田島 一樹 横浜市立大学, 附属病院, 助教 (00725236)
富樫 優 横浜市立大学, 医学部, 助教 (10710444)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | 膵β細胞 / グルコキナーゼ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膵島においてグルコキナーゼ活性化薬（GKA）にてグルコキナーゼを慢性的に活性化させた時のプロテオミクス解析を行い、有意に発現上昇するタンパク群と有意に発現低下するタンパク群を同定した。マウス単離膵島において，Fbln5の遺伝子発現は高グルコースおよびGKA刺激により上昇した。単離膵島におけるグルコースシグナルを介したFbln5の発現誘導は，グルコキナーゼ阻害薬・KATPチャネル阻害薬・Caチャネル拮抗薬，カルシニューリン阻害薬により阻害され，DYRK1A阻害薬により増幅したことから，膵島におけるFbln5の発現は，膵β細胞機能に重要な役割を果たしているグルコキナーゼ/カルシニューリン/NFATシグナルにより制御されていることが示唆された。
GKAにより発現上昇するタンパクのEGFRにも着目して、IRS-2欠損マウスやdb/dbマウス等のモデルマウスを用いてin vivo膵島での発現変化を解析し、糖代謝におけるEGFRの役割を検討した。
GKAにより発現上昇するタンパクの一つにDamage-associated molecular pattern molecules (DAMPs) S100A8があることを見出した。db/dbマウスおよびob/obマウスでは、炎症性サイトカインやマクロファージマーカーとともにS100A8の膵島における遺伝子発現が有意に上昇した。高グルコースおよび遊離脂肪酸、マクロファージとの共培養により膵β細胞におけてS100A8の発現が誘導され、その過程はTLR4に非依存的であった。膵β細胞から分泌されたS100A8は、TLR4のリガンドとして作用し、マクロファージにおいて炎症性サイトカインの発現を誘導した。高血糖および高遊離脂肪酸により惹起される膵β細胞とマクロファージとの相互作用を介した膵島炎症における悪循環が存在することが明らかになった。
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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
研究計画書にほぼ沿って研究が進んでいる。
マウス単離膵島において，Fbln5の遺伝子発現は高グルコースおよびGKA刺激により上昇した。膵島におけるFbln5の発現は，膵β細胞機能に重要な役割を果たしているグルコキナーゼ/カルシニューリン/NFATシグナルにより制御されていることを明らかにし、論文化した。GKAにより発現上昇するタンパクのEGFRにも着目して、IRS-2欠損マウスやdb/dbマウス等のモデルマウスを用いてin vivo膵島での発現変化を解析し、糖代謝におけるEGFRの役割を検討した。この成果を論文投稿中である。
膵β細胞から分泌されたS100A8は、TLR4のリガンドとして作用し、マクロファージにおいて炎症性サイトカインの発現を誘導した。高血糖および高遊離脂肪酸により惹起される膵β細胞とマクロファージとの相互作用を介した膵島炎症における悪循環が存在することが明らかにした。この成果を論文投稿中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．膵β細胞グルコキナーゼ活性化が細胞運命決定機構に及ぼす影響の解明
我々は、膵β細胞においてGKAによるグルキナーゼの活性化がAMPKを脱リン酸化することにより、インクレチン受容体の発現を制御する等の膵β細胞生存に関与することを示してきた。そこで、AMPK阻害薬、AMPK-DN型過剰発現アデノウイルス、AMPKやグルコキナーゼに対するshRNAを発現するレンチウイルスを使用して、AMPK活性の制御によるグルコキナーゼの過剰活性化による膵β細胞アポトーシスに対する抑制方法を検証する。また、AkitaマウスにメトホルミンやAMPK活性化薬を投与し、急性期および慢性期における膵β細胞アポトーシスに対する影響や、GKAとメトホルミンとの併用によるAkitaマウスの膵β細胞アポトーシス抑制に対する効果を検証する。
２．Pdynによる膵β細胞増殖抑制機構の解析
慢性的なグルコキナーゼの活性化により、オピオイドペプチドPdynが膵島で有意に発現上昇することに着目した研究を進めたい。Pdyn欠損マウスを用いて膵島におけるグルコキナーゼ活性化によるPdyn誘導の生理的意義を検証する。IRS-2欠損マウスの膵島ではPdynの発現は上昇していた。さらに、癌抑制遺伝子であるLKB1の膵β細胞特異的ノックアウトマウスにおいて膵β胞量増加とPdynの発現上昇が報告されており、Pdynが膵β細胞の無秩序的な細胞増殖に対し負の制御を行うことにより膵β細胞量のホメオスターシスを維持している可能性がある。
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[Journal Article] Differential hepatic distribution of insulin receptor substrates causes selective insulin resistance in diabetes and obesity.2016
Author(s)
Kubota N, Kubota T, Kajiwara E, Iwamura T, Kumagai H, Watanabe T, Inoue M, Takamoto I, Sasako T, Kumagai K, Kohjima M, Nakamuta M, Moroi M, Sugi K, Noda T, Terauchi Y, Ueki K, Kadowaki T.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 7
Pages: 12977
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Pioglitazone ameliorates smooth muscle cell proliferation in cuff-induced neointimal formation by both adiponectin-dependent and -independent pathways.2016
Author(s)
Kubota T, Kubota N, Sato H, Inoue M, Kumagai H, Iwamura T, Takamoto I, Kobayashi T, Moroi M, Terauchi Y, Tobe K, Ueki K, Kadowaki T
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 6
Pages: 34707
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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