Cross-talk between lipid metabolism and calcium signaling in regulating insulin secretion in pancreatic beta cells
| Project/Area Number |
18K06859
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 48020:Physiology-related
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| Research Institution | Toho University |
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Principal Investigator |
赤羽 悟美 東邦大学, 医学部, 教授 (00184185)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | カルシウムチャネル / β細胞 / インスリン / 脂質 / カルシウムシグナル / 分泌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、「膵臓β細胞における電位依存性Ca2+チャネルを介したCa2+シグナル制御機構が、Stard10との相互作用を介して脂質代謝のセンシング・調節機構と連携している」という作業仮説を検証することにより、脂質異常を背景とした膵β細胞インスリン分泌機能不全の新たなメカニズムを明らかにすることである。研究代表者らは、これまでにリン脂質転移蛋白（Stard10）が電位依存性L型Ca2+チャネルαサブユニット（CaV1.2）と相互作用し、Stard10が膵臓や肝臓などの組織に特異的に発現し、脂質代謝ならびに脂肪滴サイズの制御に関わることを見出してきた。最近、2型糖尿病のリスク遺伝子の解析からStard10が膵臓β細胞におけるインスリン分泌と細胞内Ca2+シグナル制御に関わることが報告されたが、そのメカニズムは現在のところ不明である。
そこで本研究において、膵臓β細胞におけるインスリン分泌―細胞内Ca2+シグナル―脂質代謝の連関機構を解析するべく、マウスβ細胞株（MIN6細胞）を用いて、インスリン分泌と細胞内局所のCa2+シグナルをリアルタイム・イメージングにより定量的に解析する実験系を構築した。さらに、細胞内Ca2+シグナルのキーステップを担う電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜発現量のアッセイ系を構築した。これらの系を用いて、グルコース負荷に対するインスリン分泌応答およびL型Ca2+チャネルαサブユニット（CaV1.2）の機能的発現量と細胞内局在ダイナミクスに対する脂肪酸の影響を検討した。電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜発現量の制御に関わる相互作用蛋白の網羅的解析を行った。
これらの結果から、膵臓β細胞における電位依存性Ca2+チャネルを介したCa2+シグナル制御機構が、Stard10との相互作用を介して脂質代謝のセンシング・調節機構と連携することを明らかにした。
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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
膵臓β細胞におけるインスリン分泌―細胞内Ca2+シグナル―脂質代謝の連関機構を解析する目的で、これまでにマウスβ細胞株（MIN6細胞）を用いた実験系を構築した。ヒトやマウスのβ細胞とは異なりMIN6細胞ではStard10が欠損していることが判明したためStard10を安定発現するMIN6細胞株を作成した。さらにインスリンレポーターを構築し、インスリン分泌と細胞内局所のCa2+シグナルのリアルタイム・イメージングによる定量的解析実験系を構築した。細胞内Ca2+シグナルのキーステップを担う電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜発現量のアッセイ系を構築した。2021年度は、これらの系を用いて、電位依存性L型Ca2+チャネルの機能的発現量に対する影響を指標として、各種脂肪酸をスクリーニングし、著名な影響を示す脂肪酸を同定した。これらの脂肪酸を中心として脂質代謝と電位依存性L型Ca2+チャネルをはじめ細胞内Ca2+シグナル経路とインスリン分泌の連関の定量的な解析を進めた。その結果、脂肪酸の種類と濃度に依存して、電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜への輸送機構および分解機構が影響を受けることを見出した。
さらに電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜発現量の制御に関わる相互作用蛋白の網羅的解析を行った。一方、Stard10が脂肪蓄積量の調節を介して脂質代謝調節に関わることを明らかにした。これらの結果から、膵臓β細胞における電位依存性Ca2+チャネルを介したCa2+シグナル制御機構が、Stard10との相互作用を介して脂質代謝のセンシング・調節機構と連携することを明らかにした。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度までにMIN6細胞からのインスリン分泌と電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜発現量ならびに細胞内1Ca2+シグナル制御に対する脂肪酸代謝の影響について興味深い結果を得たこと、電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜発現量の制御に関わる相互作用蛋白の網羅的解析の結果を踏まえて、脂肪酸依存的な電位依存性L型Ca2+チャネルの細胞膜発現量の制御を担う相互作用蛋白を同定する。MIN6細胞およびStard10安定発現MIN6細胞を用いて、Stard10・電位依存性L型Ca2+チャネル・インスリン開口放出制御関連分子の細胞内局在の変化の詳細な解析を行い、細胞内Ca2+シグナルとインスリン開口放出の定量的な解析を進める。また、野生型マウスとStard10遺伝子欠損マウスに高脂肪食を負荷し、初代培養膵臓β細胞を用いて、上記の結果を検証する。以上の実験結果に基づき膵臓β細胞の電気活動・細胞内Ca2+シグナル・エネルギー代謝（脂肪酸β酸化を含む）、インスリン分泌を統合した数理モデルを構築し、シミュレーション予測を可能にする。
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Report
(4 results)
Research Products
(58 results)
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[Journal Article] Interleukin-11-expressing fibroblasts have a unique gene signature correlated with poor prognosis of colorectal cancer.2021
Author(s)
Nishina T, Deguchi Y, Ohshima D, Takeda W, Ohtsuka M, Shichino S, Ueha S, Yamazaki S, Kawauchi M, Nakamura E, Nishiyama C, Kojima Y, Adachi-Akahane S, Hasegawa M, Nakayama M, Oshima M, Yagita H, Shibuya K, Mikami T, Inohara N, Matsushima K, Tada N, Nakano H.
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Journal Title
Nat Commun.
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 2281-2281
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Quantification of BIM mRNA in circulating tumor cells of osimertinib-treated patients with EGFR mutation-positive lung cancer.2021
Author(s)
Isobe K, Yoshizawa T, Sekiya M, Miyoshi S, Nakamura Y, Urabe N, Isshiki T, Sakamoto S, Takai Y, Tomida T, Adachi-Akahane S, Iyoda A, Homma S, Kishi K.
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Journal Title
Respir Investig
Volume: in press
Issue: 4
Pages: 535-544
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] A FRET biosensor for necroptosis uncovers two different modes of the release of DAMPs.2018
Author(s)
Murai S, Yamaguchi Y, Shirasaki Y, Yamagishi M, Shindo R, Hildebrand JM, Miura R, Nakabayashi O, Totsuka M, Tomida T, Adachi-Akahane S, Uemura S, Silke J, Yagita H, Miura M, Nakano H
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Journal Title
Nat Commun
Volume: 9
Issue: 1
Pages: 4457-4457
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] FRETバイオセンサーによるネクロプトーシス実行の１細胞イメージング2018
Author(s)
村井 晋, 山口 良文, 白崎 義隆, 進藤 綾大, 中林 修, Hildebrand Joanne, 冨田 太一郎, 赤羽 悟美, Silke John, 三浦 正幸, 中野 裕康
Organizer
第91回日本生化学会大会
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