Establishment of a novel early-onset diabetes model in house musk shrew (Suncus murinus)

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K06401
• Research Institution: Nippon Veterinary and Life Science University
• Principal Investigator: 佐々木 典康 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 准教授 (20307979)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 金田 剛治 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 教授 (10350175) ; 神田 秀憲 日本獣医生命科学大学, 獣医学部, 助教 (30825609)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スンクス / 早期発症糖尿病 / FOXO1 / 膵β細胞脱分化 / モデル動物

Outline of Annual Research Achievements

これまでに早期発症糖尿病を発症するEDSスンクスと正常スンクスであるBKスンクスを交配することで、BKスンクスの遺伝子背景を有する新たな糖尿病発症スンクス（EDBK）をクローズドコロニーでの循環交配で作出してきた。しかし、交配を重ねると糖尿病の症状が軽減する傾向がみられるようになった。
これまでの交配では、ミトコンドリアDNAを正常スンクスであるBKと同一にするためメスにはBKスンクスを利用してきたが、このBKメス個体からの産子に糖尿病が軽くなる傾向がみられている。一つの可能性として、糖尿病の元の系統であるEDSスンクスではミトコンドリアDNAにも変異が存在し、その変異とゲノム上の変異の相乗あるいは相加効果で重篤な糖尿病を発症していた可能性も窺える。現在は兄妹交配を増やすことで、糖尿病形質を再度選抜し直し、糖尿病形質のはっきりと出現している個体同士での交配を行っているところである。
FOXO1の遺伝子クローニングに関しては、EDBKスンクスの作成が遅れているため、主にコントロールとなる正常スンクス（BK）での解析を中心に進めている。スンクスゲノムプロジェクトのKATスンクスゲノムのデータより、スンクスFOXO1の推定データを得ている。KATスンクスのFOXO1は非常によく保存されており、他の動物種との相同性も97～98％と高い。また、FOXO1の機能に重要なリン酸化部位、フォークヘッドモチーフ、DNA結合部位なども高度に保存されていることが確認できた。一方で、アミノ末端側の領域は、ヒトやマウスなどのFOXO1とは相同性が低く、一方で他の肉食動物のものとは相同性が高いことが推定され、アミノ末端側の配列の差異は食性の違いの影響を受ける可能性が考えられる。特に肉食動物は糖新生活性が高い動物が多いことから、FOXO1のアミノ末端側の違いが糖代謝に影響を与えている可能性が考えられる。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

本研究では早期発症糖尿病スンクス（EDS）と正常スンクス（BK）の交配により、糖尿病形質を有する新たなクローズドコロニーEDBKを作出し、その糖尿病群と正常群での比較を計画していた。しかし、交配を重ねることで糖尿病の形質が減弱してきており、より形質がはっきりしている個体を交配させることでコロニーの立て直しを図ることとした。そのため、当初の計画で８世代の交配を予定していたが、現在はまだそこまでに至っていない。これはスンクスが出産を重ねると産子数が低下することも影響をしている。
FOXO1のクローニングに関しても、正常のコントロール群での解析に留まっており、糖尿群が安定して作出され次第、FOXO1のクローニングに着手することにしたためでもある。

Strategy for Future Research Activity

令和３年度には糖尿病スンクスにおける膵島での遺伝子発現の網羅的解析を行う予定としている。EDBKの膵島においてどのような遺伝子発現が行われているかを解明するため、次世代シークエンスのRNAseq法により網羅的に解析する。得られた配列のリファレンスゲノムとしては、スンクスゲノムプロジェクトで得られたKATスンクスゲノムを使用する。得られたRNAデータは機能分類およびヒートマップ解析を行い、FOXO１の調節を受ける遺伝子を中心に病態形成の鍵となる遺伝子の探索を行う。
加えて令和３年度～令和４年度には、FOXO1阻害薬による抗糖尿病作用の検討を行う。FOXO1は糖新生系の酵素誘導を行うことで糖尿病の増悪因子となる可能性がある。そこで、FOXO1の阻害薬を使用した場合に膵島でのインスリン分泌が改善されるのか、またβ細胞の分化が促進されるのかを検討する。さらに膵臓だけでの検討では差異を見出せない可能性もあるため、補強的な解析実験として肝臓、脂肪組織、筋肉といったインスリン感受性臓器についても検討を行う。特にスンクスにFOXO1阻害薬を投与した場合に、肝臓や脂肪細胞、骨格筋での影響や、血糖値やインスリン値に改善が見られるかを検討する計画である。

Causes of Carryover

研究で使用する早期糖尿病発生スンクス（EDBK）の作出が遅れているため、このEDBKスンクスのFOXO1解析に要する経費を次年度に繰り越すこととしたためである。令和３年度には、予定通りEDBKスンクスのFOXO1遺伝子クローニングに着手し、解析を行う予定としている。