ケミカルライブラリによる新規糖尿病薬の開発と作用機序の解析

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26670151
• Research Institution: Gunma University
• Principal Investigator: 牛込 剛史 群馬大学, 生体調節研究所, 技術職員 (60529551)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松永 耕一 群馬大学, 生体調節研究所, 助教 (20570162)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: insulin / β細胞 / ケミカルライブラリ

Outline of Annual Research Achievements

糖尿病は人類が抱える最も深刻な疾患の一つである。糖尿病の主な原因のひとつとして、β細胞の機能低下によるインスリン分泌の減少が挙げられる。しかしながら分泌の詳細な分子機序は未だ不明な点が多く、分泌能低下の理由もよくわかっていない。β細胞に直接作用し、分泌を促す糖尿病治療薬として様々なものが開発されているが、深刻な低血糖状態になる場合や、膵β細胞の疲弊や細胞死を早めてしまう等の副作用が懸念され、細胞の状態を良好に保ち、分泌をコントロールできるような新規薬剤の開発が望まれる。ラット膵β細胞株INS1を用い、グルコース応答性のインスリン分泌をハイスループットに計測することの出来るシステムを開発した。これを用いて、理化学研究所の約25000種類の化合物ライブラリから、インスリン分泌に直接影響のある化合物のスクリーニング解析を行った。その結果、インスリン分泌に強い影響のある18種類の化合物を同定した。その中から特に強くインスリン分泌が促進される一つの化合物（化合物Xとする）について実験を進めた。
マウスから取り出した膵島について、グルコース刺激と共に化合物Xを加え、インスリン分泌量を測定したところ、加えないものと比べて約1.5倍の分泌量増加が確認された。さらに化合物Xの分泌増強効果の分子メカニズムを調べるために,これと相互作用する細胞内成分の探索を試みた。すなわち化合物Xを共有結合させたアガロースビーズを作成し、そこにβ細胞の抽出液を加えることによるプルダウン解析を行ったところ、化合物Xに特異的に結合するたんぱく質成分が確認された。質量分析装置によりたんぱく質同定を行ったところ、ミトコンドリアにおいて機能するたんぱく質を同定した。グルコース刺激によるインスリン分泌過程にミトコンドリアは重要な働きを担っており、現在同定されたたんぱく質を解析中である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでの研究において、スクリーニング解析は既に完了し、新規のインスリン分泌促進／阻害化合物を１８種類同定した。さらに促進化合物の細胞内ターゲットたんぱく質の同定にも既に成功しており、加えてex vivoでの分泌促進効果も確認できた。これは当初の研究計画の７割近くを既に完了していることになる。今後は化合物Xにおける作用メカニズムの解析と、in vivoにおける効果を確認する作業を行う。化合物Xは既に必要量確保しており、これらの実験をすぐに開始することも可能になっている。以上のことにより、本研究課題は当初の計画以上に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後はインスリン分泌に著しい促進効果が確認できた化合物Xに焦点を絞り、解析を続ける。in vitro、ex vivoにおける分泌促進効果の確認はできており、さらに細胞内ターゲットの同定に成功しているので、今後は実験マウスを用いたin vivoにおける効果の確認と、作用メカニズムの解析を行う。

Causes of Carryover

実験動物棟の改築、整備により、研究室における実験マウスの使用が制限され、in vivo実験のためのマウス購入と管理費等は次年度に持ち越しになった。さらに本研究課題に使用する消耗品や試薬類と同様の物が研究室内に在庫として残っており、使用期限の近いそれらを優先して使用した。しかしながら次年度において購入予定の試薬類は、計画以上に多くの実験が必要になったことにより、当初の計画通り必要になる見込みなので、これらをまとめて次年度に購入する予定である。

Expenditure Plan for Carryover Budget

細胞培養器具や培地、試薬類、化合物Xの在庫分の購入と追加の化学合成依頼、さらに実験マウスの購入と管理費が研究費の使途になる。さらにこれまでに得られたデータ等を国内外に発表するための旅費や、論文投稿等の費用にも使用する。