Development of novel approach for evaluating intracellular insulin granule behavior

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K06773
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 48020:Physiology-related
• Research Institution: Kitasato University
• Principal Investigator: Hatakeyama Hiroyasu 北里大学, 医学部, 准教授 (00619067)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: インスリン / イメージング / 細胞骨格

Outline of Final Research Achievements

Mobilization of intracellular insulin granules to the plasma membrane plays a crucial role in regulating insulin secretion. However, the regulatory mechanisms of this mobilization process have been poorly understood due to technical limitations. In this study, an approach for assessing insulin granule behavior based on single-molecule analysis of insulin granule membrane proteins labeled with Quantum dot fluorescent nanocrystals has been developed. This approach allows us to perform high precision analysis of insulin granule behavior. Pharmacological perturbations of cytoskeletal elements revealed that microtubule dynamics and F-actin positively and negatively regulate insulin granule behavior, respectively. Furthermore, chronic treatment with high concentrations of glucose and palmitate resulted in impaired insulin granule behavior and cytoskeletal architecture. Our approach thus provided detailed information regarding insulin granule behavior and its pathophysiological implications.

Free Research Field

細胞生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

インスリン分泌は生体における血糖制御の中核を担う重要な細胞機能であり、その機能の障害は糖尿病の発症に至る。日本人の糖尿病ではインスリン抵抗性の増悪に比べてインスリン分泌が極端に定値となることが知られており、インスリン分泌機構の全貌理解は社会的急務である。本研究は、インスリン分泌を調節する過程の主要な過程のうち、技術的制約から最も理解に乏しかったインスリン分泌顆粒の輸送について、定量的な知見を得るための新たな手法を開拓し、その制御様式や病態との関連について知見を得たものである。今後のさらなる計測により、インスリン分泌調節とその破綻に関する統合的理解と糖尿病の新規治療戦略の開拓が期待できる。