エクソソームによるマイクロRNA送達が膵β細胞の機能や増殖に及ぼす影響の解明

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02859
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 山田 哲也 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (90400374)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 臓器間相互作用 / マイクロRNA / エクソソーム / 白色脂肪組織 / 膵β細胞

Outline of Annual Research Achievements

本研究はマウスを対象とし、まず、肥満やそれに伴うインスリン抵抗性によって肝臓、白色脂肪組織から分泌されるエクソソームに含まれているmiRNA（以下、エクソソーム－miRNAと呼ぶ）および、運動によって骨格筋から分泌されるエクソソーム－miRNAが、膵β細胞増殖や機能に影響を及ぼす影響を検討する。次に、それぞれによって同定されたmiRNAを、インスリン分泌の低下により糖尿病を発症したマウスに投与し、治療応用への可能性を検討する。本年度は、マウスに高脂肪食を与え肥満・糖尿病を誘導し、血液中のエクソソームを分離し、エクソソーム－miRNAのプロファイルを網羅的に解析した。同様の解析を高脂肪食を負荷していないマウスに対しても行い、肥満・糖尿病の状態において変化するエクソソーム中のmiRNAのプロファイルを作成した。さらに、高脂肪食を負荷したマウスおよびコントロールマウスの肝臓や白色脂肪組織のmiRNAの発現プロファイルを網羅的に解析し比較検討することで、肥満・糖尿病の状態において変化する各臓器のmiRNAプロファイルを作成した。加えて、肥満・糖尿病の状態において変化した血中エクソソーム－miRNAおよび各臓器のmiRNAのリストを比較検討することにより、血中エクソソーム－miRNAが由来する臓器を推定した。次に、肥満・糖尿病において病態形成の要因となっているインスリンシグナルの減弱が、エクソソーム－miRNAおよび白色脂肪組織のmiRNA発現に及ぼす影響を検討するため、後天的かつ白色脂肪選択的にインスリン受容体をノックアウトするマウスを作成し、同様の検討を実施している。これにより、肥満・糖尿病の病態において、インスリンシグナルの減弱によって影響を受けるエクソソーム－miRNAの絞込みを行う。

Current Status of Research Progress

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

Reason

肥満・インスリン抵抗性によって白色脂肪組織からの分泌が増加するエクソソーム－miRNA候補の同定を進めた。インスリン受容体マウスの繁殖が当初予定に比して遅れたため進捗に遅れが生じたが、現時点で解決し研究を進めている。

Strategy for Future Research Activity

①増加したエクソソーム－miRNAが由来する組織/臓器の検証
2018年度の実験で絞り込まれた候補miRNAが実際に各臓器に由来するものであるかを、miRNA合成の律速酵素であるDicerを白色脂肪組織で後天的にノックアウトし検証する。臓器特異的なDicerのノックアウトにより、認められていたエクソソーム－miRNAの増加がキャンセルされれば、Dicerをノックアウトした臓器由来であることが強く示唆される。
②膵β細胞に送達されるエクソソーム－miRNAの検索を行なう。miRNAは細胞内で、まずprimary miRNAとして転写され、種々の変化を経てmature miRNAとなることが知られている。膵β細胞をレーザーマイクロダイセクションによって選択的に採取し、膵β細胞に含まれるprimary miRNA、mature miRNAを定量PCRで測定する。この結果、primary型が増加せず、mature型のみが増加しているmiRNAは膵β細胞の外から送達されたことが強く示唆される。さらに、増加したエクソソーム－miRNAのリストと比較し、白色脂肪組織に由来しエクソソームに含まれて膵β細胞に送達されたmiRNAを同定する。

Research Products

• [Journal Article] Prolyl Isomerase Pin1 Suppresses Thermogenic Programs in Adipocytes by Promoting Degradation of Transcriptional Co-activator PRDM16. (2019)
  • Author(s): Nakatsu Y, Matsunaga Y, Yamamotoya T, Ueda K, Inoue MK, Mizuno Y, Nakanishi M, Sano T, Yamawaki Y, Kushiyama A, Sakoda H, Fujishiro M, Ryo A, Ono H, Minamino T, Takahashi SI, Ohno H, Yoneda M, Takahashi K, Ishihara H, Katagiri H, Nishimura F, Kanematsu T, Yamada T, Asano T.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 26 Pages: 3221-3230
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.02.066.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Case of Refractory Hypothyroidism due to Poor Compliance Treated with the Weekly Intravenous and Oral Levothyroxine Administration. (2019)
  • Author(s): Nakano Y, Hashimoto K, Ohkiba N, Okuma H, Minami I, Takahashi H, Tanaka Y, Yoshimoto T, Yamada T.
  • Journal Title: Case Rep Endocrinol. Volume: 2019 Pages: 5986014
  • DOI: 10.1155/2019/5986014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Clinical outcomes of 20 Japanese patients with insulinoma treated with diazoxide. (2019)
  • Author(s): Niitsu Y, Minami I, Izumiyama H, Hashimoto K, Yoshimoto T, Satou F, Tsujino M, Ota K, Kudo A, Tanabe M, Yamada T, Ogawa Y.
  • Journal Title: Endocr J Volume: 66 Pages: 149-155
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ18-0353.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhancement of postprandial endogenous insulin secretion rather than exogenous insulin injection ameliorated insulin antibody-induced unstable diabetes: a case report (2019)
  • Author(s): Kaneko K, Satake C, Izumi T, Tanaka M, Yamamoto J, Asai Y, Sawada S, Imai J, Yamada T, Katagiri H.
  • Journal Title: BMC Endocr Disord. Volume: 19 Pages: 5
  • DOI: 10.1186/s12902-018-0326-3.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vagus-macrophage-hepatocyte link promotes post-injury liver regeneration and whole-body survival through hepatic FoxM1 activation. (2018)
  • Author(s): Izumi T, Imai J, Yamamoto J, Kawana Y, Endo A, Sugawara H, Kohata M, Asai Y, Takahashi K, Kodama S, Kaneko K, Gao J, Uno K, Sawada S, Kalinichenko VV, Ishigaki Y, Yamada T, Katagiri H.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 9 Pages: 5300
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07747-0.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deficient ganglioside synthesis restores responsiveness to leptin and melanocortin signaling in obese KKAy mice. (2018)
  • Author(s): Inamori KI, Ito H, Tamura Y, Nitta T, Yang X, Nihei W, Shishido F, Imazu S, Tsukita S, Yamada T, Katagiri H, Inokuchi JI.
  • Journal Title: J Lipid Res. Volume: 59 Pages: 1472-1481
  • DOI: 10.1194/jlr.M085753.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective insulin resistance with differential expressions of IRS-1 and IRS-2 in human NAFLD livers. (2018)
  • Author(s): Honma M, Sawada S, Ueno Y, Murakami K, Yamada T, Gao J, Kodama S, Izumi T, Takahashi K, Tsukita S, Uno K, Imai J, Kakazu E, Kondo Y, Mizuno K, Kawagishi N, Shimosegawa T, Katagiri H.
  • Journal Title: Int J Obes (Lond). Volume: 42 Pages: 1544-1555
  • DOI: 10.1038/s41366-018-0062-9.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glial fatty acid-binding protein 7 (FABP7) regulates neuronal leptin sensitivity in the hypothalamic arcuate nucleus. (2018)
  • Author(s): Yasumoto Y, Miyazaki H, Ogata M, Kagawa Y, Yamamoto Y, Islam A, Yamada T, Katagiri H, Owada Y.
  • Journal Title: Mol Neurobiol. Volume: 55 Pages: 9016-9028
  • DOI: 10.1007/s12035-018-1033-9.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Serum cystatin C level is associated with carotid arterial wall elasticity in subjects with type 2 diabetes mellitus: a potential marker of early-stage atherosclerosis. (2018)
  • Author(s): Kaneko R, Sawada S, Tokita A, Honkura R, Tumura N, Kodama S, Izumi T, Takahashi K, Uno K, Imai J, Yamada T, Miyachi Y, Hasegawa H, Kanai H, Ishgaki Y, Katagiri H.
  • Journal Title: Diabetes Res Clin Pract. Volume: 139 Pages: 43-51
  • DOI: 10.1016/j.diabres.2018.02.003.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Olfactory receptors are expressed in pancreatic β-cells and promote glucose-stimulated insulin secretion. (2018)
  • Author(s): Munakata Y, Yamada T, Imai J, Takahashi K, Tsukita S, Shirai Y, Kodama S, Asai Y, Sugisawa T, Chiba Y, Kaneko K, Uno K, Sawada S, Hatakeyama H, Kanzaki M, Miyazaki JI, Oka Y, Katagiri H.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 8 Pages: 1499
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19765-5.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 血糖と体重コントロールの両立をめざす２型糖尿病の薬物療法 (2019)
  • Author(s): 山田哲也
  • Organizer: 第１０回肥満症総合治療セミナー
  • Invited
• [Presentation] 血糖・体重調節における臓器連関 (2019)
  • Author(s): 山田哲也
  • Organizer: 第５３回糖尿病学の進歩
  • Invited
• [Presentation] 多剤併用時代における２型糖尿病の薬物療法 (2019)
  • Author(s): 山田哲也
  • Organizer: 日本内科学会東北地方会 第７２回生涯教育講演会
  • Invited
• [Presentation] Systemic glucose oxidation is enhanced in acquired liver and muscle insulin receptor knockout mice. (2019)
  • Author(s): Takahashi K, Yamada T, Sugisawa T, Kawata K, Asai Y, Munakata Y, Kodama S, Sawada S, Imai J, Inada M, Katagiri H.
  • Organizer: The 9th Federation of Asian and Oceanian Physiological Societies Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 病態生理に基づく２型糖尿病、メタボリックシンドロームの薬物療法 (2018)
  • Author(s): 山田哲也
  • Organizer: 日本糖尿病学会 第５６回東北地方会 指定講演①
  • Invited
• [Presentation] 肝臓からの臓器連関によるエネルギー代謝調節とメタボリックシンドロームの病態解明 (2018)
  • Author(s): 山田哲也 片桐秀樹
  • Organizer: 第３９回日本肥満学会
  • Invited
• [Presentation] 血糖と体重コントロールの両立をめざす２型糖尿病の薬物療法～臓器連関の理解を基に～ (2018)
  • Author(s): 山田哲也
  • Organizer: 第１９回日本内分泌学会 関東甲信越支部学術集会
  • Invited
• [Presentation] MicroRNAs improve hyperglycemia in a mouse model of insulin-deficient diabetes via pancreatic β-cell proliferation. (2018)
  • Author(s): Tetsuya Yamada, Hideki Katagiri
  • Organizer: The 61th Annual Meeting of the Japan Diabetes Society
  • Invited
• [Presentation] 糖代謝と体温調節をつなぐ臓器連関の解明 (2018)
  • Author(s): 山田哲也、片桐秀樹
  • Organizer: 第５６回日本実験動物学会総会
  • Invited
• [Presentation] 臓器/細胞連関から肥満・糖尿病の病態および治療を考える (2018)
  • Author(s): 山田哲也、片桐秀樹
  • Organizer: 第９１回日本内分泌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] microRNAによる膵β細胞の増殖制御 (2018)
  • Author(s): 山田哲也、片桐秀樹
  • Organizer: 第３２回 日本糖尿病・肥満動物学会年次学術集会
  • Invited