2020 Fiscal Year Research-status Report
膵島の電気生理学的モデル化と非線形解析に基づく傍分泌効果と血糖値制御機構の解明
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18K11468
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
土居 伸二 京都大学, 工学研究科, 教授 (50217600)
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2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 膵α細胞 / 膵β細胞 / グルカゴン / インスリン / ATP感受性K+チャネル / ストア作動性電流 / パラクリン効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膵臓に点在する膵島という細胞群は，膵臓全体の体積の1-2％程度の小さな組織であるが，血糖値の制御や糖尿病に関わる最も重要な細胞が集まっている．本研究では，血糖値降下ホルモンであるインスリンを分泌するβ細胞だけではなく，血糖値上昇ホルモンのグルカゴンを分泌するα細胞，および，α，β細胞を制御するソマトスタチン分泌細胞のδ細胞を含めて，膵島の細胞集団全体をモデル化し，これら細胞間の相互作用（傍分泌効果）の態様と膵島が総体として行う血糖値制御メカニズムを解明することを目的とする．特に，ホルモンを介した細胞間の相互作用だけではなく，活動電位を介した相互作用が血糖値制御に関して決定的役割を担っていると考え，Hodgkin-Huxley型の電気生理学的モデル構築を行うことを目的としている．特に，分岐解析などの非線形動的システムの解析手法を駆使することが特徴である．
研究3年目の2020年度においては，膵α細胞が血糖値に反応してグルカゴン分泌を調節する機構の検討を行った．膵α細胞の内部でグルカゴン分泌を調整する機構として，ATP感受性K+チャネルとストア作動性電流が報告されている．その一方で，膵島内の他の細胞が分泌するホルモンがグルカゴン分泌を制御しているという報告もあるが，本研究では，膵α細胞の電気活動を示すモデルを用いて，ATP感受性K+チャネル，ストア作動性電流，および膵島内に存在する膵β細胞の分泌するインスリンが膵α細胞に及ぼす影響（インスリン顆粒放出過程のモデルも組み込むことで）と，これらの機構が血糖値に対する膵α細胞のグルカゴン分泌をどのように調節しうるのかを詳細に検討した．
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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
膵島を構成する細胞であるα細胞およびβ細胞のHodgkin-Huxley型モデルを用いて，β細胞におけるインスリン顆粒放出過程のモデルも組み込むなど，「単一細胞レベルでの解析」を発展させ，膵島内細胞の相互作用に関する知見が種々得られており，進捗状況は「おおむね順調に進捗している」と言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
当初計画をさらに発展させ，α細胞，β細胞，δ細胞など膵島細胞相互作用の解析をさらに進展させる．また，それらの電気活動と血糖値とホルモン濃度・ホルモン分泌との関係を明らかにすることで，これらの細胞が互いに影響を及ぼしながら，膵島全体が行う血糖値制御の詳細に関する解析を進める．
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| Causes of Carryover |
新型コロナ感染拡大により，参加・発表学会が悉くオンライン開催になり，旅費がかからなかったことにより，次年度使用額が生じている．今年度は，種々の有効な使用法を検討する．
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