低分子化合物スクリーニングに基づくマウスＥＳ細胞からの膵β細胞分化誘導法の効率化

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24790949
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 坂野 大介 熊本大学, 発生医学研究所, 助教 (40571039)
• Keywords: 膵臓 / β細胞 / 糖尿病 / インスリン / 低分子化合物 / VMAT2 / ｃAMP / ES・iPS

Research Abstract

1型糖尿病に対する治療法はインスリン注射が一般的だが、患者の負担が大きい方法である。またインスリン注射のみでは血糖値をコントロールできない患者には膵島移植という方法もあるが、ドナー不足のために普及していない。そこで新たなインスリンの供給源として、ES細胞やiPS細胞から膵β細胞を誘導することは有効であると考えられている。このように再生医療にES細胞やiPS細胞を利用するためには主に分化誘導効率が高いこと、血糖値が高くなるとインスリンを分泌する能力があること2つの条件を満たす必要があると考えられている。
これまでの研究ではES細胞から内胚葉への分化やさらに内胚葉から膵前駆細胞への分化誘導過程に関して低分子化合物を用いて効率的に誘導することができると報告されていた。しかし、さらに膵前駆細胞から内分泌前駆細胞・β細胞への分化過程に関しては効率が低く、誘導されたβ細胞はグルコース濃度に応じてインスリンを分泌する機能が弱い細胞であった。
本研究では、低分子化合物の中から膵臓の内分泌への分化を促進するVMAT2を同定した。VMAT2はヒトのβ細胞に多く存在するタンパク質として知られているが、その役割はほとんどわかっていない。今回の結果からVMAT2により細胞内の小胞に蓄えられているモノアミンが膵臓の分化過程では細胞外に分泌されることでβ細胞の分化を抑制することを明らかにした。さらに今回の研究でもう一つcAMPを内分泌前駆細胞やβ細胞が分化する時期に添加することでインスリン分泌能を強化する作用があることを見出した。
これらの結果は前述の再生医療に向け細胞が満たすべき２つの条件をクリアーしており、糖尿病モデルのAKITAマウスへの移植実験では血糖値が改善した。今回の知見をヒトiPS細胞を用いた分化誘導研究に応用することで、糖尿病治療にむけた研究が一層加速すると考えられる。

Research Products

• [Journal Article] VMAT2 identified as a regulator of late-stage β-cell differentiation. (2014)
  • Author(s): Sakano D, Shiraki N, Kikawa K, Yamazoe T, Kataoka M, Umeda K, Araki K, Mao D, Matsumoto S, Nakagata N, Andersson O, Stainier D, Endo F, Kume K, Uesugi M, Kume S.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 10(2) Pages: 141-148
  • DOI: 10.1038/nchembio.1410.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Small compounds promote differentiation of functional insulin producing cells. (2013)
  • Author(s): Sakano, D, Shiraki, N, Kikawa, K, Kataoka,M, Nagura, T, Choi, S, Endo F, Kume, K, Uesugi, M and Kume, S.
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場, 兵庫
  • Year and Date: 20131203-20131206
  • Invited
• [Presentation] VMAT2 identified as a regulator of late-stage pancreatic beta-cell differentiation, (2013)
  • Author(s): Sakano D, Shiraki N, Kikawa K, Yamazoe T, Kataoka M, Umeda K, Araki K, Mao D, Matsumoto S, Nakagata N, Andersson O, Stainier D, Endo F, Kume K, Uesugi M, Kume S.
  • Organizer: ISSCR 11th Annual Meeting.
  • Place of Presentation: Boston Convention and Exhibition Center, Boston,USA
  • Year and Date: 20130612-20140615
• [Remarks] 膵β細胞の分化を小胞型モノアミントランスポーター VMAT2が制御することを発見
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/newpress/np67.html
• [Remarks] ES細胞から成熟膵β細胞を作製～糖尿病の治療を目指して～
  • URL: http://www.kumamoto-u.ac.jp/whatsnew/seimei/20131216