2021 Fiscal Year Research-status Report
新規組織密着型センサーを用いた生体リズムの乱れが惹起する疾患の発症機構解明研究
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20K06745
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| Research Institution | International University of Health and Welfare |
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Principal Investigator |
浜田 俊幸 国際医療福祉大学, 薬学部, 准教授 (20360208)
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2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 生体リズム / 体内時計 / 時計遺伝子 / 発光計測 / ルシフェリン / 自由行動 / in vivo |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体体表部位および生体深部の遺伝子発現を長期間リアルタイムに計測するシステムを用いて、生体リズムの乱れから誘発される疾患の発症機構解明を目的とした研究を行った。
糖尿病は疾患初期段階では体調異常が発見されず世界中で患者数が多い原因になっている。体内時計機構はインスリン分泌に影響し、糖尿病誘発の危険因子の一つに生体リズムの乱れがある。生体リズムの乱れを検出することで糖尿病の初期段階をとらえることが期待される。生体リズムの乱れを計測するには長期間の全身の遺伝子発現を定量するシステムが必要である。糖尿病誘発薬であるストレプトゾトシン(STZ)を腹腔内単発投与し、Ⅰ型糖尿病マウスを作製した。独自に開発したセンサーにより、自由行動マウスの大脳皮質、嗅球、肝臓、皮膚部位から生体リズムの乱れから糖尿病発症および重篤化までの生体内Per1遺伝子発現をリアルタイムに計測することに成功した。STZの投与により血中グルコース濃度が上昇し糖尿病を誘発する。血糖値の上昇にともないマウスの外見は変化し糖尿病の重篤化にともない背を丸める姿勢をとり毛並みも悪くなることが観察された。遺伝子発現リズムに関してはSTZ投与後、1日以内に急激なPer1遺伝子発現上昇が惹起された。その後、Per1遺伝子の高発現が継続し、発現リズムが消失した。Per1遺伝子の急激な一過的発現増加は、糖尿病を発症していない血糖値が高くない時期に検出された。すなわち、急激なPer1発現上昇の後、行動リズムの消失および血糖値の上昇が誘発され、糖尿病を誘発したと考えられる。さらにPer1遺伝子発現の異常な増加をより簡易的に毛1本から検出することに成功した。体毛では糖尿病発症前に、ひげでは発症後にPer1遺伝子発現上昇を検出できた。血糖グルコースが上昇し、糖尿病になるまでの過程を解析したことで、糖尿病の極めて初期段階をとらえることができた。
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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
研究実績に記載したように結果を学会発表および論文発表している。
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| Strategy for Future Research Activity |
血糖グルコースが上昇し、糖尿病になるまでの過程を解析したことで、糖尿病の極めて初期段階をとらえることができたことより、今後より簡易的に解析できる毛をもちいた方法で、糖尿病の発症のどのステージにあるか、検出するシステム構築を行っていく。
生体リズムの乱れから誘発される他の疾患として睡眠障害があり、近年の24時間眠らない社会での生活は、本来寝るべき夜の時間に大量の光などを浴びることで生体リズムの乱れる原因となっている。覚醒剤メタンフェタミン(MAP)は、生体リズムの周期を著しく延長させ、明暗24時間サイクルから生体リズムを比同調させる効果を持つ。我々が開発した計測機器で生体リズムが24時間明暗環境から、ずれていく過程をリアルタイムに計測し、生体リズムがどのような機構を介して、乱れていくのか、生体各組織の時計遺伝子発現リズム、睡眠行動リズムなどをリアルタイムに計測して調べていく。MAPが誘発する生体リズムの乱れの計測研究は長期間の遺伝子発現計測が必要になる。我々は長期間、遺伝子発現を発光計測するには、ルシフェラーゼの基質であるD-ルシフェリンを１週間ごとにフレッシュをマウスに投与していくことで、安定して長期間遺伝子発現を発光計測するこで可能となることを明らかにしている。MAPの効果をみる本研究では1週間毎に基質を連続注入することで計測していく。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス蔓延のため、国内と国際学会参加が無くなり、次年度使用額が生じた。
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[Journal Article] Period1 gene expression in the olfactory bulb and liver of freely moving streptozotocin-treated diabetic mouse2021
Author(s)
Kanou H, Nagasawa K, Ishi Y, Chishima A, Hayashi J, Haga S, Sutherland K, Ishikawa M, Ozaki M, Shirato H, Hamada K, Hamada T
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Journal Title
Biochemical and Biophysical Research Communications
Volume: 260
Pages: 14-20
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The analysis of Period1 gene expression in vivo and in vitro using a micro PMTsystem2021
Author(s)
Hamada K, Ishii Y, Yoshida Y, Nakaya M, Sato Y, Kanai M, Kikuchi Y, Yamaguchi T, Iijima N, Sutherland K, Hamada T
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Journal Title
Biochemical and Biophysical Research Communications
Volume: 577
Pages: 64-70
DOI
Peer Reviewed
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