Elucidation of monoamine-GPCR signal-regulated pancreatic beta cell differentiation and maturation mechanism

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K09455
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 坂野 大介 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (40571039)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 膵β細胞 / GPCR / インスリン / iPS / 分化 / 脱分化

Outline of Annual Research Achievements

これまでにマウスES細胞ではドーパミンが主たるモノアミンとして細胞分化や脱分化に関わっていることが示唆される結果を得ていたが、本年度の研究によりヒトiPS細胞分化においてはヒスタミンもその一部であることを明らかにした。
さらにヒトiPS細胞分化における化合物の効果が内分泌前駆細胞から膵β細胞に至る分化過程の促進のみならずこの分化過程でのモノアミンシグナルが最終的な膵β細胞の成熟度にも影響することを明らかにした。
これまでに報告されているこれまでに手法では、ヒトiPS細胞から作製される膵β細胞は手濃度のグルコースに対する分泌量が生体内のそれに比べてが高いことが問題となっている。一方で本課題においてこの点の改善がドーパミン・ヒスタミンシグナルに作用する化合物の添加によりみられた。
すなわち、誘導される膵β細胞の低濃度（5.5mM）グルコースと高濃度(25.0mM)グルコース存在下でのインスリン分泌量の比がより生体内の膵島に近づく結果が得られた。また、このような膵β細胞の変化がNkx6.1などの成熟化に関わる遺伝子の発現上昇に起因するのではないかを考え、詳細なメカニズム解明に着手している。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度はヒトiPS細胞の分化培養系での化合物効果について数回確認することができた。分化培養系の安定性が向上したことが主な要因であると考えている。今後はドーパミンおよびヒスタミンをリガンドとするGPCR間の相互作用など分子メカニズムについて解析を進める。

Strategy for Future Research Activity

ドーパミンおよびヒスタミンをリガンドとするGPCR間の相互作用の解明について最終年度において注力する
さらに、これまでに細胞外のモノアミン濃度を感知するGPCRについて焦点を当て研究を進めてきたが、細胞内のモノアミン濃度もインスリン分泌に重要であることが我々の研究で明らかになってきた。この点に関しても解析を進めたい。

Causes of Carryover

ヒトiPS細胞の培養方法が改善できたため、それに用いる成長因子が節約できた。また、iPS細胞由来の膵β細胞を用いる実験を主に進めることができた。そのためヒト膵島を購入し、遂行する予算を次年度に繰り越した。
次年度にはヒト膵島購入や学会発表、論文作成に余剰予算を当て研究成果のとりまとめに努める。