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2020 Fiscal Year Annual Research Report

Role for two distinct lineages of beta cells in diabetes progression

Research Project

Project/Area Number 20H03463
Research InstitutionGunma University

Principal Investigator

藤谷 与士夫  群馬大学, 生体調節研究所, 教授 (30433783)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords膵β細胞 / PP細胞 / 膵ラ氏島 / シングルセルRNA解析 / グルコース応答性
Outline of Annual Research Achievements

Ppy遺伝子によってコードされるpancreatic polypeptide(PP)を分泌するPP細胞は、膵ラ氏島を構成する少数の細胞であるが、その特徴については不明点が多い。 我々はPpy-CreノックインマウスとPP特異的モノクローナル抗体を独自に開発することにより、Ppy発現細胞とβ細胞との関係を調査した。まず細胞系譜追跡実験により、Ppy発現細胞は、β細胞を含む4つの主要な内分泌細胞に寄与することが明らかとなった。 一方、野生型マウス膵島細胞の単一細胞RNA解析により、PP細胞の遺伝子プロファイルが明らかとなり、Ppy, Pyy, TSPAN8, Folr1等がPP細胞のID geneとして同定された。
また、単一細胞RNA解析によりβ細胞は7つのクラスターで構成されることが明らかなったが、β細胞は2つの系統、すなわち、Ppyを発現した経歴のあるβ細胞(Ppy系列β細胞)および、発現したことのない非Ppy系列のβ細胞に二分されることが示された。Ppy系列β細胞は、その膵島における位置、機能性および遺伝子発現プロファイルに関して明確な特徴を示した。 すなわち、Ppy系列のβ細胞は、膵島の周辺部に位置し、グルコース応答性のCa2+反応が低く、その遺伝子発現プロファイルは、PP細胞のそれに近いこと、INSのみならず、Ppy, Gcg, Somを発現するmultihormonalでGLUT2やUnc3などのβ細胞としての成熟マーカーの発現が低いことが明らかとなった。
さらにSTZ障害性の糖尿病やジフテリア毒素誘導性の糖尿病モデルにおいて、時間経過とともに、Ppy系列のβ細胞がdominantになることから、糖尿病状態におけるβ細胞障害に抵抗性を示すことが示唆された。膵島のinjury発生時には、グルコース応答性のインスリン分泌をある程度犠牲にして、β細胞を生き残らせるための仕組みが備わっているのかもしれない。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

以上の研究実績の概要に示した内容を論文にまとめ、欧州糖尿病学会雑誌に投稿したところ、概ね良好なコメントを得ており、2021年5月17日現在revisionとなっている。本申請で掲げていた2021年に論文を発表するという第一目標は達成できそうである。PP細胞というoriginalな観点から解析を進めることにより、これまでに知られていなかったβ細胞のheterogeneityを示すことが出来た。実験計画当初に考えた、PP細胞がβ細胞の前駆細胞として機能するのではないかとの予想とは異なり、PP細胞のプロファイルに近い、PP細胞的な特殊なβ細胞集団が生理条件下に居ることが初めて示された。いくつかの糖尿病モデルマウスにおいて、この特殊なβ細胞集団の割合が増加することを観察しており、今後この現象の病態生理学的意味を明らかにするという、将来につながるテーマを得ることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

本研究により、β細胞の中にPpy系列のβ細胞という、機能的には未熟と考えられる特殊なβ細胞亜集団が生理的条件から存在することが明らかとなった。しかしながら、その病態生理学的意味を明確にすることは現在のところ、達成できていない。STZ障害性の糖尿病やジフテリア毒素誘導性の糖尿病モデルにおいて、時間経過とともに、Ppy系列のβ細胞がdominantになることを観察している。他の糖尿病モデルや、ヒトの糖尿病について、まず、Ppy系列β細胞が割合として増えることがあるのかどうか、という点から調査していきたい。そのためには、Ppy系列のβ細胞の免疫組織染色が可能な特異的markerを見つける必要がある。また、Ppy遺伝子座にジフテリア毒素(DTA)をノックインしたマウス(Ppy-DTA)を作出し、この成獣マウスにおいてはPpy系列細胞が著減することを観察している。このマウスに様々な糖尿病を誘導することにより、Ppy系列β細胞の病態生理学的役割を明らかにしてゆきたい。

  • Research Products

    (12 results)

All 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Int'l Joint Research] ジュネーブ大学(スイス)

    • Country Name
      SWITZERLAND
    • Counterpart Institution
      ジュネーブ大学
  • [Journal Article] Leukotriene A 4 hydrolase deficiency protects mice from diet-induced obesity by increasing energy expenditure through neuroendocrine axis2020

    • Author(s)
      Uzawa H, Kohno D, Koga T, Sasaki T, Fukunaka A, Okuno T, Jo-Watanabe A, Kazuno S , Miyatsuka T, Kitamura T, Fujitani Y, Watada H, Saeki K, Yokomizo T
    • Journal Title

      FASEB J .

      Volume: 34 Pages: 13949-13958

    • DOI

      10.1096/fj.202001148R.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rubicon in pancreatic beta cells plays a limited role in maintaining glucose homeostasis following increased insulin resistance2020

    • Author(s)
      Aoyama S, Nishida Y, Fujitani Y, Fukunaka A, Miyatsuka T, Suzuki L, Himuro M, Yoshimori T, Watada H
    • Journal Title

      Endocr J.

      Volume: 67 Pages: 1119-1126

    • DOI

      10.1507/endocrj.EJ20-0326.

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Single-Cell Transcriptome Analysis Dissects the Replicating Process of Pancreatic Beta Cells in Partial Pancreatectomy Model2020

    • Author(s)
      Tatsuoka H, Sakamoto S, Yabe D, Kabai R, Kato U, Okumura T, Botagarova A, Tokumoto S, Usui R, Ogura M, Nagashima K, Mukai E, Fujitani Y, Watanabe A, Inagaki N
    • Journal Title

      iScience

      Volume: 23 Pages: X-X

    • DOI

      10.1016/j.isci.2020.101774.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] How do you make new β-cells in humans? An attempt to create human β-cells from α-cells of brain-dead donors2020

    • Author(s)
      Fujitani Y
    • Journal Title

      J Diabetes Investig .

      Volume: 11 Pages: 513-515

    • DOI

      10.1111/jdi.13197.

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 内分泌前駆細胞としてのPpy lineage cellの解析2020

    • Author(s)
      深石貴大, 佐藤隆史, 中川祐子, 福中彩子, 松岡孝昭, 原朱美, 宮塚健, 綿田裕孝, 藤谷与士夫
    • Organizer
      第63回日本糖尿病学会年次学術総会
  • [Presentation] Ppy-lineage beta cells as a minor subpopulation from different origin2020

    • Author(s)
      Fukaishi T, Fukunaka A , Nakagawa Y, Sato T, Matsuoka TA, Hara A, Miyatsuka T, Watada H, and Fujitani Y
    • Organizer
      The 15th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences The 6th IMCR Symposium on Endocrine and Metabolism
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A trial for the establishment of pancreatic endocrine cell lines using a new transgenic-mouse model2020

    • Author(s)
      Ofejiro P, Sato T, Nakagawa Y, Ayako Fukunaka A, Fujitani Y
    • Organizer
      第67回北関東医学会総会
  • [Presentation] グルカゴンシグナルによる膵PP細胞の過形成のメカニズムの解明2020

    • Author(s)
      中川祐子、林 良敬、北村忠弘、堀居拓郎、畑田出穂、藤谷与士夫
    • Organizer
      第63回日本糖尿病学会年次学術総会
  • [Presentation] 糖尿病発症予防にかかわる 膵β細胞恒常性維持機構の基礎知識2020

    • Author(s)
      藤谷与士夫
    • Organizer
      第54回糖尿病学の進歩
    • Invited
  • [Presentation] PP細胞の可塑性2020

    • Author(s)
      藤谷与士夫
    • Organizer
      第63回日本糖尿病学会年次学術集会 シンポジウム
    • Invited
  • [Book] 糖尿病・内分泌代謝科 [モデル動物を用いた糖尿病・肥満症研究による病態解明と治療法開発]ベージュ脂肪細胞の発生起源(解説/特集)2020

    • Author(s)
      福中彩子、藤谷与士夫
    • Total Pages
      6
    • Publisher
      科学評論社

URL: 

Published: 2021-12-27  

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