インスリン開口放出準備過程における調節機構の2光子励起解析

• 研究課題/領域番号: 16689007
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 東京大学 (2006); 生理学研究所 (2004-2005)
• 研究代表者: 高橋 倫子 東京大学, 大学院医学系研究科, 特任講師 (60332178)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2006年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円); 2005年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円); 2004年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: 閉口放出 / 膵ランゲルハンス島 / インスリン / 蛍光 / 画像法 / 2光子励起 / ホルモン / 分泌 / 2光子励起画像法 / 内分泌 / 開口放出 / 糖尿病 / 蛍光標識 / 膜融合

研究概要

膵島でのインスリン分泌は、糖尿病の成因に深く関わり、その分泌不全は疾患を引起す原因の一つと考えられている。分泌の最終過程にあたる開ロ放出、およびその準備段階にあたる分泌穎粒の動員機構にも、異常の存在が示唆される。
研究代表者は膵島標本内部でおこるインスリン開ロ放出過程を、2光子励起画像法を用いて定量解析するする手法を近年確立した。この励起法の、同時多重染色性を応用して、開ロ放出の起こる時期に関連蛋白質(SNARE蛋白)がどのように構造変化するかを検討した。SNAP25がほかのSNARE蛋白と複合化する際に接近することが示唆されている二箇所に、二種類のGFP変異たんぱく質をふくむ分子内FRETプローブを作製した。当プローブのcDNAをマウ久膵島に遺伝子導入し、発現させた。水溶性蛍光色素液内でグルコースによりインスリン分泌を刺激し、開ロ放出の出現部位におけるFRET効率の変化を、同時三重染色により経時的に測定した。その結果、開ロ放出現象の約2割において、膜融合開始時点に平均3秒先行して、分子内FRET比の一過性上昇が検出された。本プローブを大腸菌に合成させて生化学的に検討したところ、syntaxin 1の存在下に高いFRET比を示すことも確認した。
平行して、インスリン穎粒動態を検討するために光活性型GFPで修飾したVAMP2のcDNAプローブも作成した。このプローブ発現細胞の一領域を720nmの超短パルスレーザーで光活性化することに成功した。現条件では顆粒状蛍光領域の可動性が少なく、その拡散や開ロ放出との関連性については検討中の段階にある。

研究成果

• [雑誌論文] Exocytic Process Analyzed with Two-photon Excitation Imaging in Endocrine Pancreas (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi N., Kasai H.
  • 雑誌名: Endocrine J (In press)
  • NAID: 130004770028
• [雑誌論文] Hepatocyte nuclear factor-4 α is essential for glucose-stimulated insulin secretion by pancreatic beta-cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Miura A, Yamagata K, Takahashi N., Shimomura I et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem 281 ページ: 5246-5257
• [雑誌論文] Two-photon excitation imaging of exocytosis and endocytosis and determination of their spatial organization. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kasai H., Takahashi N.et al.
  • 雑誌名: Advanced Drug Delivery Reviews 58 ページ: 850-877
• [雑誌論文] Vacuolar sequential exocytosis of large dense-core vesicles in adrenal medulla (2006)
  • 著者名/発表者名: Kishimoto T., Takahashi N., Kasai H.et al.
  • 雑誌名: EMBO J 25 ページ: 673-682
• [雑誌論文] Rab27a mediates the tight docking of insulin granules onto the plasma membrane during glucose stimulation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kasai K et al.
  • 雑誌名: J.Clin.Invest. 115(2) ページ: 388-396
• [雑誌論文] Sequential exocytosis of insulin granules is associated with redistribution of SNAP25. (2004)
  • 著者名/発表者名: Takahashi N et al.
  • 雑誌名: J.Cell Biol. 165(2) ページ: 255-262
• [図書] Pancreatic beta cell in health and disease (2007)
  • 著者名/発表者名: Takahashi N, Kasai H
  • 出版者: Springer Verlag社(In press)