Mathematical analysis of selective insulin resistance in the liver of diet induced obesity mice

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K16427
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 54040:Metabolism and endocrinology-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: MORISHITA So 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教 (50860962)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: システム生物学 / シグナル伝達 / インスリン / Akt / 2型糖尿病 / 肥満マウス / 数理モデル / 選択的インスリン抵抗性

Outline of Final Research Achievements

We performed experiments and mathematical modeling to investigate the time course of the insulin-PI3K-Akt pathway in response to insulin stimulation in the liver of control and diet induced obesity mice. We found that insulin resistance, which decreases the effect of insulin, can be explained by a mathematical model in which the expression levels of specific proteins are reduced. We also observed a switch-like concentration response downstream of Akt molecule, and the mathematical model incorporating this response can partially explain selective insulin resistance in early manifestations of type 2 diabetes.

Free Research Field

システム生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

システム生物学は，生命システムの持つダイナミクスを，数理モデルやシミュレーションを用いて明らかにする基礎生物学な興味から始まった分野である．本研究では健常及び，疾患の前発症段階とも言える肥満マウスモデルを用いて定量的な時系列データを取得し，システム生物学的解析を行った．疾患の発症過程を生命システムの変容ととらえることで，システム生物学を疾患の理解へと応用したことは学術的に意義深い．
また，選択的インスリン抵抗性の一端を数理モデルを用いて解明したことで，将来的にはより効果的なインスリンやインスリン製剤の投与方パターンのデザイン等につなげられる等，社会的な意義もある．