2021 Fiscal Year Annual Research Report

Basis of treatment strategy for type 2 diabetes using new indices obtained by visualization of pancreatic beta cell activities in vivo

Research Project

Project/Area Number	20H03430
Research Institution	Nihon University
Principal Investigator	飯野正光日本大学, 医学部, 上席研究員 (50133939)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	金丸和典日本大学, 医学部, 准教授 (10456105)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	カルシウム / 膵β細胞 / インスリン / イメージング
Outline of Annual Research Achievements	膵β細胞は、血中グルコース濃度に依存してCa2+シグナルを発生し、インスリンを分泌する。インスリンは、膵から周期的に分泌されて血糖値を低下させ、その破綻は2型糖尿病の発症に至るがその機構は明らかでない。本研究では、膵β細胞のCa2+シグナルを生体内で観測する新たな研究法を確立するとともに、膵島間の同期性に関与する候補分子を、細胞レベルの研究により抽出する。この二つのアプローチを組み合わせてインスリン分泌の周期性およびその破綻の謎に挑戦する。本年度の実績は以下の通り。 2波長型高感度Ca2+インジケータータンパク質（YC-Nano50）遺伝子を、β細胞のみで発現する遺伝子改変マウスを用い、生体内Ca2+イメージングを進めた。手術法および光路系のブラッシュアップを並行して行い、膵島Ca2+シグナルパターンの詳細な解析を行なった。以上の結果の一部は学会発表を行い、論文投稿準備がほぼ完了した。培養β細胞MIN6を用いた細胞レベルの解析についてはデータ取得を完了した。より生体内に近いex vivo系として、一部新規作製したβ細胞特異的Ca2+インジケーター（細胞質型およびオルガネラ型）導入遺伝子改変マウスの単離膵島および単離β細胞を用いた、ムスカリン性Ca2+応答の取得を開始し、MIN6とのデータと比較した。さらに、Ca2+応答の遺伝学的摂動が可能な遺伝子改変マウスを用いた細胞レベルの解析も進めた。MIN6細胞におけるミトコンドリア内Ca2+動態についても局所的カルシウムシグナルを見出すなど解析が進んだ。より信頼性の高い結果を得るため、最新の遺伝学的手法を用いたミトコンドリアCa2+動態責任分子変異マウス作製を開始した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 生体内膵β細胞Ca2+イメージングについては、コロナ禍の影響により研究協力者の協力が得られにくくなる予想外の状況が昨年度あったが、本年度は手順を変更することにより克服することができた。現在は順調に進展しており、実験と結果の解析を並行して進めている。その成果の一部については、論文発表の準備を行なっており、間もなく投稿できるまでに至っている。細胞レベルの実験についても順調に進展している。セルラインの実験に加えて、β細胞特異的にCa2+インジケーターを発現する遺伝子改変マウスから単離した膵島標本あるいはβ細胞標本を用いた解析も追加して開始した。この実験は、生体に近い状況でのベータ細胞機能の解析に有用であると考えている。さらに、これらの実験に並行してミトコンドリアのCa2+動態について解析を行なった結果、新たな知見が得られたので、現在さらに解析を進めており、準備ができしだい論文発表を行う予定にしている。
Strategy for Future Research Activity	研究実績の概要および現在までの進捗状況に記載した通り、研究はほぼ計画通りに進展している。このまま鋭意研究を推進していきたい。具体的には以下の通り。生体内膵島Ca2+イメージング法：Ca2+応答の遺伝学的摂動が可能な遺伝子改変マウスを用いた解析を進める。同時に、Ca2+応答の遺伝学的摂動を行ったマウスの個体レベルの表現型解析（血糖値、インスリン濃度、体重など）も含めた解析を予定している。同期機構の細胞・分子レベルの解析：より生体内に近いex vivo系として、β細胞特異的Ca2+インジケーター（細胞質型およびオルガネラ型）導入遺伝子改変マウスの単離膵島および単離β細胞を用いた解析を進める。また、最新の遺伝学的手法を用いたミトコンドリアCa2+動態責任分子摂動マウスを作製しており、これを用いた解析も進める。