糖尿病発症関連遺伝子の解明

• 研究課題/領域番号: 13204062
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 岡 芳知 東北大学, 大学院医学系研究科, 教授 (70175256)
• 研究分担者: 片桐 秀樹 東北大学, 大学院医学系研究科, 教授 (00344664) ; 檜尾 好徳 東北大学, 病院・講師 (10282071) ; 石原 寿光 東北大学, 病院・助手 (60361086) ; 平井 完史 東北大学, 病院・助手 (80312578) ; 谷澤 幸生 山口大学, 医学部・附属病院, 講師 (00217142)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 33,500千円 (直接経費: 33,500千円); 2004年度: 7,500千円 (直接経費: 7,500千円); 2003年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 2002年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 2001年度: 10,000千円 (直接経費: 10,000千円)
• キーワード: 糖尿病 / インスリン分泌 / 膵β細胞 / ウオルフラム症候群 / 小胞体ストレス / 細胞周期 / SNP / ウェルナー症候群 / GPLD1 / GDH / GLUD1 / PPARa / glutamate

研究概要

糖尿病をおこす常染色体劣性遺伝疾患ウオルフラム症候群の原因遺伝子WFS-1の機能について、WFS1ノックアウトマウスを作製し解析を進めた。WFS1欠損マウスでは膵β細胞数が進行性に減少し、これがインスリン分泌低下の原因と考えられた。WFS1欠損マウスから単離した膵島は、ツニカマイシンやタプシガルギンなどの小胞体ストレス誘導に対してアポトーシスによるDNA断片化が増強し、小胞体ストレスに対して脆弱であった。このことは、WFS1が、小胞体ストレス応答のコンポーネントの1つであり、小胞体ストレスから細胞を守る働きを担う可能性を示唆している。そこで、さらにWFS1欠損膵島での小胞体ストレス応答の詳細を検討した。小胞体ストレス応答では、PERKのリン酸化を起点とする翻訳抑制、ATF6の活性化やIRE1によるXBP1の活性化に始まるシャペロン蛋白の発現誘導が惹起される。WFS1欠損膵島では、PERKリン酸化の亢進、XBP1mRNAのスプライシング増強によるXBP1蛋白発現の亢進、ATF6の誘導によるシャペロン蛋白の発現増加が認められ、小胞体ストレス応答が亢進していることが観察された。また、小胞体ストレス応答の亢進に伴ってCHOPの発現およびcaspase-3の切断の亢進も認められ、アポトーシスシグナルが活性化されていることも明らかにした。さらに、興味深いことに、WFS1欠損膵島ではBrdUの取り込みが減少しており、β細胞の増殖障害が認められることが明らかとなった。その分子機構に関与するものとして、p21^<cip1>の発現亢進を見出し、また、単離膵島およびMIN6細胞を用いた検討から、小胞体ストレスがp21^<cip1>の発現を転写レベルで増強することを明らかにした。上述の遺伝子は糖尿病発症関連遺伝子の候補となるものである。

研究成果

• [雑誌論文] Cell-type specific activation of metabolism reveals that β-cell secretion suppresses glucagon release from α-cells in rat pancreatic islets. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takahashi R, Ishihara H, Tamura A, et al.
  • 雑誌名: Am J Physiol Endocrinol Metab. 290 ページ: 308-316
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] WRN gene 1367 Arg allele protects against development of type 2 diabetes mellitus (2005)
  • 著者名/発表者名: Hirai M, Suzuki S, Hinokio Y, et al.
  • 雑誌名: Diabetes Res Clin Pract. 69 ページ: 287-292
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Endoplasmic reticulum stress induces Wfs1 gene expression in pancreatic β-cells via transcriptional activation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ueda K, Kawano J, Takeda K, et al.
  • 雑誌名: Eur J Endocrinol. 153 ページ: 167-176
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Dissipating excess energy stored in the liver is a potential treatment strategy for diabetes associated with obesity. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ishigaki Y, Katagiri H, Yamada T, et al.
  • 雑誌名: Diabetes 54 ページ: 322-332
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Constitutively active PDX1 induced efficient insulin production in adult murine liver. (2005)
  • 著者名/発表者名: Imai J, Katagiri H, Yamada T, et al.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 326 ページ: 402-409
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Genetic variants in the calpain-10 gene and the development of type 2 diabetes in the Japanese population. (2005)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki N, Horikawa Y, Tsuchiya T, et al.
  • 雑誌名: J Hum Genet. 50 ページ: 92-98
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Disruption of the WFS1 gene in mice causes progressive beta-cell loss and impaired stimulus-secretion coupling in insulin secretion. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ishihara H, Takeda S, Tamura A, Takahashi R, Yamaguchi S, Takei D, Yamada T, Inoue H, Soga H, Katagiri H, Tanizawa Y, Oka Y.
  • 雑誌名: Hum Mol Genet. 13 ページ: 1159-1170
• [雑誌論文] Genetic variations at urotensin II and urotensin II receptor genes and risk of type 2 diabetes mellitus in Japanese. (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki S, Zong Wenyi, Hirai M, Hinokio Y, Suzuki C, Yamada T, Yoshizumi S, Suzuki M, Tanizawa Y, Matsunami A, Oka Y.
  • 雑誌名: Peptides 25 ページ: 1803-1808
• [雑誌論文] Endoplasmic reticulum stress and N-glycosylation. modulate expression of WFS1 protein. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi S, Ishihara H, Tamura A, Yamada T, Takahashi R, Takei D, Katagiri H, Oka Y
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 325 ページ: 250-256
• [雑誌論文] Overexpression of constitutively activated glutamate dehydrogenase induces insulin secretion through enhanced glutamate oxidation. (2004)
  • 著者名/発表者名: Anno T, Uehara S, Katagiri H, Ohta Y, Ueda K, Mizuguchi H, Moriyama Y, Oka Y, Tanizawa Y.
  • 雑誌名: Am J Physiol. 286
• [文献書誌] Suzuki Y, Suzuki S, Taniyama M, Muramatsu T, Ohta S, Oka Y, Atsumi Y, Matsuoka K: "Multiple cranial mononeuropathies with acetylcholine receptor antibody in mitochondrial diabetes"Diabetes Care. 26. 1318 (2003)
• [文献書誌] Cryns K, Thys S, Van Laer L, Oka Y, Pfister M, Van Nassauw L, Smith RJ, Timmermans J-P, Van Camp G: "The WFS1 gene, responsible for low frequency sensorineural hearing loss and Wolfram syndrome, is expressed in a variety of inner ear cells"Histochem Cell Biol. 119. 247-256 (2003)
• [文献書誌] Wenyi Z, Suzuki S, Hirai H, Hinokio Y, Tanizawa Y, Matsutani M, Satoh J, Oka Y: "Role of urotensin II gene in the genetic susceptibility to type 2 diabetes mellitus in Japanese"Diabetologia. 46. 972-976 (2003)
• [文献書誌] Watanabe M, Inukai K, Katagiri H, Awata T, Oka Y, Katayama S: "Regulation of PPAR gamma transcriptional activity in 3T3-L1 adipocytes"Biochem Biophys Res Comm. 300. 429-436 (2003)
• [文献書誌] Suzuki S, Oka Y, Kadowaki T, Kanatsuka A, Kuzuya T, Kobayashi M, Sanke T, Seino Y, Nanjo K: "Clinical features of diabetes mellitus with the mitochondrial DNA 3243(A-G) mutation in Japanese : Maternal inheritance and mitochondria-related complications"Diabetes Red Clin Pract. 59. 207-217 (2003)
• [文献書誌] Suzuki Y, Tsukuda K, Taniyama M, Atsumi Y, Matsuoka K, Oka Y: "Lipoma and sensory neuropathy in mitochondrial diabetes associated with tRNA mutation at position 3271"Diabetes Care. 25. 407-408 (2002)
• [文献書誌] Tanizawa Y, Nakai K, Sasaki T, Anno T, Ohta Y, Inoue H, Matuo K, Koga M, Furukawa S, Oka Y: "Unregulated elevation of glutamate dehydrogenase activity induces glutamine-stimulated insulin secretion : Identification and characterization of a GLUD1 gene mutation, and insulin secretion studies with MIN6 cells overexpressing the mutant GDH"Diabetes. 51. 712-717 (2002)
• [文献書誌] Yamasoba T, Goto Yu-ichi, Oka Y, Nishino I, Tsukuda K, Nonaka I: "Atypical muscle pathology and a survey of cis-mutations in deaf patients harboring a 1555 A-to G point mutation in the mitochondrial ribosomal RNA gene"Neuromuscular Disorders. 12. 506-512 (2002)
• [文献書誌] Suzuki Y, Suzuki S, Taniyama M, Muramatsu T, Ohta S, Oka Y, Atsumi Y, Matsuoka K: "Multiple cranial mononeuropathies with acetylcholine receptor antibody in mitochondrial diabetes"Diabetes Care. (in press). (2002)
• [文献書誌] Cryns K, Thys S, Van Laer L, Oka Y, Pfister M, Van Nassauw L, Smith RJ, Timmermans J-P, Van Camp G: "The WFS1 gene, responsible for low frequency sensorineural hearing loss and Wolfram syndrome, is expressed in a variety of inner ear cells"Histochemistry and Cell Biology. (in press). (2003)
• [文献書誌] Wenyi Z, Suzuki S, Hirai H, Hinokio Y, Tanizawa Y, Matsutani M, Satoh J, Oka Y: "Role of Urotensin II Gene in the Genetic Susceptibility to Type 2 Diabetes Mellitus in Japanese"Diabetologia. (in press). (2003)
• [文献書誌] Yamada T, et al.: "3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1, an Aktl kinase, is involved in dephosphorylation of Tbr308 ofAktl in Chinese hamster ovary cells"I Biol Chem. 276. 5339-5345 (2001)
• [文献書誌] Takeda K, et al.: "WES1 (Wolfram syndrome 1) gene product : Predominant subceilular localization to endoplasniic reticulum in cultured cells and neuronal expression in rat bran"Hum Mol Genet. 10. 477-484 (2001)
• [文献書誌] Emoto M, et al.: "Troglitazone treatment increases plasma vascular endothelial growth factor in diabeti poatients and its mRNA in 3T3-L1 adipocytes"Diabetes. 50. 1166-1170 (2001)
• [文献書誌] Okuya S, et al.: "Leptin increases the viability of isolated rat pancreatic islets by suppressing apoptosis"Endocrinology. 142. 4827-4830 (2001)
• [文献書誌] Suzuki T, et al.: "Lipoma and sensory neuropathy in niltochondrial diabetes associated with tRNA Mutation at position 3271"Deabetes Care. 25. 407-408 (2002)
• [文献書誌] Tanizawa T, et al.: "Unregulated elevation of glutamate dehydrogenase activity induces glutamine-stimula ed insulin secretion : Identification and characterization of a GLUD1 gene mutation, and insulin secretion studies with MJN6 cells overexpressing the mutant GDH"Diabetes. (in press).