シングルセルエピゲノム解析を用いた膵β細胞増殖制御機序の解明

• 研究課題/領域番号: 20K21616
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分54:生体情報内科学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 稲垣 暢也 京都大学, 医学研究科, 教授 (30241954)
• 研究分担者: 臼井 亮太 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (40850996) ; 龍岡 久登 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (70850981)
• 研究期間 (年度): 2020-07-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2021年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 膵β細胞 / 増殖 / シングルセルRNAシークエンシング / インスリン / 老化 / 膵β細胞増殖 / 糖尿病 / シングルセル解析 / バイオインフォマティクス / マルチオミクス

研究開始時の研究の概要

糖尿病の発症機序解明、治療法確立において、膵β細胞量の減少は重要である。膵β細胞の増殖が加齢に伴って減少すること、膵β細胞内の遺伝子発現が不均質であること、などを手がかりとして、一細胞レベルでの遺伝子発現やエピゲノム制御を解析する最新の技術を用い、増殖刺激を受けた状態の膵β細胞を解析することに加え、既存のデータベースを用いたバイオインフォマティクス解析を用いることによって、膵β細胞の増殖機構の解明、加齢との関係、またその増殖を刺激しうる候補薬剤の発見などを目的とした研究である。最終的には膵β細胞量を回復させ、糖尿病発症予防や糖尿病治療に応用することを目指す。

研究成果の概要

糖尿病は進行性の膵β細胞の機能不全および膵β細胞量の低下を病因としているが、膵β細胞量を標的にした治療法は確立されていない。そこで、本研究では膵β細胞増殖の分子基盤解明に着目し、膵β細胞増殖制御に関わる遺伝子ネットワークを同定することを目的とした。、膵β細胞増殖を促す膵部分切除（PPTx）を行った単離膵島でのシングルセルRNAシークエンスでは、擬似時系列解析により、成熟膵β細胞における増殖停止期から増殖期への遷移時に、小胞体ストレス応答関連遺伝子の発現が増強していた。これにより、PPTxによる膵β細胞増殖にはERストレスが関与している可能性が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

糖尿病は進行性の膵β細胞の機能不全および膵β細胞量の低下を病因としている。膵β細胞機能不全についてはこれまで多種の治療薬が開発されている一方で、膵β細胞量を標的にした治療法は確立されていない。本研究により、膵β細胞増殖にはERストレスが関与している可能性が示唆されたことで、今後、膵β細胞増殖制御の分子機構解明、さらには、増殖促進を介した膵β細胞量を標的にした治療法の開発が進むものと期待される。

研究成果

• [国際共同研究] University of Geneva medical school(スイス)
• [国際共同研究] Washington university school of medicine(米国)
• [国際共同研究] University of Ulster(英国)
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] CHU d'Angers(フランス)
• [国際共同研究] University of Geneva Medical School(スイス)
• [国際共同研究] CHU d'Angers(フランス)
• [国際共同研究] University of Ulster(英国)
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
• [国際共同研究] Washington University School of Medicine(米国)
• [雑誌論文] Generation and Characterization of a Novel Mouse Model that Allows Spatiotemporal Quantification of Pancreatic β-Cell Proliferation. (2022)
  • 著者名/発表者名: Tokumoto S, Yabe D, Tatsuoka H, Usui R, Fauzi M, Botagarova A, Goto H, Herrera PL, Ogura M, Inagaki N.
  • 雑誌名: Diabetes. 巻: 69 号: 11 ページ: 2340-2351
  • DOI: 10.2337/db20-0290
  • NAID: 40022639825
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] First-in-Human Evaluation of Positron Emission Tomography/Computed Tomography With [18F]FB(ePEG12)12-Exendin-4: A Phase 1 Clinical Study Targeting GLP-1 Receptor Expression Cells in Pancreas (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto Hiroyuki, Fujita Naotaka, Hamamatsu Keita, Murakami Takaaki, et al
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 12 ページ: 717101-717101
  • DOI: 10.3389/fendo.2021.717101
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Medium-chain triglycerides inhibit long-chain triglyceride-induced GIP secretion through GPR120-dependent inhibition of CCK. (2021)
  • 著者名/発表者名: Murata Y, Harada N, Kishino S, Iwasaki K, Ikeguchi-Ogura E, Yamane S, Kato T, Kanemaru Y, Sankoda A, Hatoko T, Kiyobayashi S, Ogawa J, Hirasawa A, Inagaki N.
  • 雑誌名: iScience. 巻: 24 号: 9 ページ: 102963-102963
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102963
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinctive detection of insulinoma using [18F]FB(ePEG12)12-exendin-4 PET/CT (2021)
  • 著者名/発表者名: Murakami Takaaki, Fujimoto Hiroyuki, Hamamatsu Keita, Yamauchi Yuki, Kodama Yuzo, Fujita Naotaka, Fujikura Junji, Shimizu Yoichi, Nakamoto Yuji, Kimura Hiroyuki, Saji Hideo, Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 15014-15014
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94595-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Non-invasive Beta-cell Imaging: Visualization, Quantification, and Beyond (2021)
  • 著者名/発表者名: Murakami Takaaki, Fujimoto Hiroyuki, Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 12 ページ: 714348-714348
  • DOI: 10.3389/fendo.2021.714348
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Characterization of genetically modified mice for phosphoglycerate mutase, a vitally-essential enzyme in glycolysis (2021)
  • 著者名/発表者名: Mikawa T, Shibata E, Shimada M, Ito K, Ito T, Kanda H, Takubo K, Shimada A, Lleonart ME, Inagaki N, Yokode M, Kondoh H
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 16 号: 4 ページ: e0250856-e0250856
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0250856
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Carbonic anhydrase 8 (CAR8) negatively regulates GLP-1 secretion from enteroendocrine cells in response to long-chain fatty acids (2021)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Yuta、Yamane Shunsuke、Harada Norio、Ikeguchi-Ogura Eri、Usui Ryota、Nakamura Toshihiro、Iwasaki Kanako、Suzuki Kazuyo、Yabe Daisuke、Hayashi Yoshitaka、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology 巻: 320 号: 4 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00312.2020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gene expression of nutrient-sensing molecules in I cells of CCK reporter male mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Kato T, Harada N, Ikeguchi-Ogura E, Sankoda A, Hatoko T, Lu X, Yasuda T, Yamane S, Inagaki N.
  • 雑誌名: J Mol Endocrinol. 巻: 66 号: 1 ページ: 11-22
  • DOI: 10.1530/jme-20-0134
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transcriptome Analysis Dissects the Replicating Process of Pancreatic Beta Cells in Partial Pancreatectomy Model (2020)
  • 著者名/発表者名: Tatsuoka H, Sakamoto S, Yabe D, Kabai R, Kato U, Okumura T, Botagarova A, Tokumoto S, Usui R, Ogura M, Nagashima K, Mukai E, Fujtani Y, Watanabe A, Inagaki N
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 12 ページ: 101774-101774
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101774
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Absence of GIP secretion alleviates age-related obesity and insulin resistance. J Endocrinol. 2020, doi: 10.1530/JOE-19-0477. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kanemaru Y, Harada N, Shimazu-Kuwahara S, Yamane S, Ikeguchi E, Murata Y, Kyo S, Hatoko T, Inagaki N.
  • 雑誌名: J Endocrinol. 巻: 00 号: 1 ページ: 00-00
  • DOI: 10.1530/joe-19-0477
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phosphoglycerate Mutase Cooperates with Chk1 Kinase to Regulate Glycolysis (2020)
  • 著者名/発表者名: Mikawa Takumi、Shibata Eri、Shimada Midori、Ito Ken、Ito Tomiko、Kanda Hiroaki、Takubo Keiyo、Lleonart Matilde E.、Inagaki Nobuya、Yokode Masayuki、Kondoh Hiroshi
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 7 ページ: 101306-101306
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101306
  • NAID: 120006870881
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enteroendocrine K-cells exert complementary effects to control bone quality and mass in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Gobron B, Bouvard B, Vyavahare S, Blom LVV, Pedersen KK, Windeløv JA, Boer GA, Harada N, Zhang S, Shimazu-Kuwahara S, Wice B, Inagaki N, Legrand E, Flatt PR, Chappard D, Hartmann B, Holst JJ, Rosenkilde MM, Irwin N, Mabilleau G.
  • 雑誌名: J Bone Miner Res. 巻: 00 号: 7 ページ: 00-00
  • DOI: 10.1002/jbmr.4004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rb and p53 Execute Distinct Roles in the Development of Pancreatic Neuroendocrine Tumors (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamauchi Yuki、Kodama Yuzo、Uza Norimitsu、Masuda Atsuhiro、Tatsuoka Hisato、Masui Toshihiko、Inagaki Nobuya、Uemoto Shinji、Chiba Tsutomu、Seno Hiroshi
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: 80 号: 17 ページ: 3620-3630
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-19-2232
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Association of glucagon‐like peptide‐1 receptor‐targeted imaging probe with in?vivo glucagon‐like peptide‐1 receptor agonist glucose‐lowering effects (2020)
  • 著者名/発表者名: Murakami T, Fujimoto H, Fujita N, Hamamatsu K, Yabe D, Inagaki N
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: . 号: 6 ページ: 1448-1456
  • DOI: 10.1111/jdi.13281
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Is C-type natriuretic peptide regulated by a feedback loop? A study on systemic and local autoregulatory effect (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda Yohei、Hirota Keisho、Yamauchi Ichiro、Hakata Takuro、Yamashita Takafumi、Fujii Toshihito、Yasoda Akihiro、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 15 号: 10 ページ: 0240023-0240023
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0240023
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] A novel analysis of intestinal morphology and incretin-producing cells using tissue optical clearing and 3-D imaging. (2021)
  • 著者名/発表者名: HatokoT, Harada N, Inagaki N.
  • 学会等名: Asia Islet Biology and Incretin Symposium (AIBIS)
  • 国際学会
• [学会発表] CCKレポーターマウスのI細胞における栄養素感知関連分子の遺伝子解析. (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 朋子, 原田 範雄, 池口 絵理, 三小田 亜希子, 波床 朋信, 盧 雪セイ, 安田 拓真, 山根 俊介, 稲垣 暢也.
  • 学会等名: 第94回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] テトラヒドロビオプテリンの妊娠期の補充療法による、胎仔期の褐色脂肪組織の分化や成長後のエネルギー代謝に与える影響についての検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 南野 寛人、藤田 義人、小栗 靖生、大橋 晶子、後藤 剛、川原崎 聡子、古谷 太志、磯村 望、武居 晃平、李 瀛、河田 照雄、長谷川 宏幸、稲垣 暢也
  • 学会等名: 第94回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] 多発性膵内分泌腫瘍モデルマウスを用いた新規18F標識GLP-1受容体標的イメージング法：質的診断を伴う非侵襲的局所診断法の開発にむけて (2021)
  • 著者名/発表者名: 村上隆亮, 藤本裕之, 浜松圭太, 山内雄揮, 児玉裕三, 中本裕士, 藤田直尚, 木村寛之, 佐治英郎, 稲垣暢也
  • 学会等名: 第94回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] 中鎖脂肪酸トリグリセリドはGPR120を介して長鎖脂肪酸トリグリセリド摂取時のGIP分泌を抑制する. (2021)
  • 著者名/発表者名: 原田 範雄, 村田 由貴, 岸野 重信, 山根 俊介, 加藤 朋子, 池口 絵里, 岩崎 可南子, 金丸 良徳, 三小田 亜希子, 小川 順, 平澤 明, 稲垣 暢也
  • 学会等名: 第64回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] コレシストキニンの作用阻害は食欲増加を介して肥満とインスリン抵抗性を誘導する (2021)
  • 著者名/発表者名: 許林 櫻華, 原田 範雄, 村田 由貴, 波床 朋信, 池口 絵理, 加藤 朋子, 盧 雪せい, 安田 拓真, 山本 果奈, 山根 俊介, 稲垣 暢也.
  • 学会等名: 第64回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] CCKレポーターマウスを用いたI細胞における栄養素感知に関わる分子の遺伝子解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 加藤 朋子, 原田 範雄, 池口 絵理, 三小田 亜希子, 波床 朋信, 盧 雪せい, 安田 拓真, 山根 俊介, 稲垣 暢也.
  • 学会等名: 第64回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] 組織透明化による3次元腸管を用いた腸管上皮細胞およびインクレチン分泌細胞の解析. (2021)
  • 著者名/発表者名: 波床 朋信, 原田 範雄, 徳本 信介, 山根 俊介, 池口 絵理, 安田 拓真, 加藤 朋子, 龍岡 久登, 桑原 智子, 矢部 大介, 林 良敬, 稲垣 暢也.
  • 学会等名: 第64回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] Maternal Supplementation of Tetrahydrobiopterin Regulates Differentiation of Fetal Brown Adipose Tissue and Contributes to Offspring Metabolic Health (2020)
  • 著者名/発表者名: Minamino H, Fujita Y, Goto H, Ohashi A, Furuya F, Isomura N, Takesue K, Li Y, Kawarasaki S, Kawada T, Hasegawa H, Inagaki N.
  • 学会等名: American Diabetes Association (ADA) 80th Scientific Sessions
  • 国際学会
• [学会発表] Exome Sequencing in a Family with Multiple Cases of Early-Onset Diabetes Reveals a Candidate Causative Mutation in the PTF1A Gene. (2020)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Tanaka, Saki Okamoto, Yanyan Liu, Katsumi Iizuka, Yoshiyuki Hamamoto, Yukio Horikawa, Daisuke Yabe and Nobuya Inagaki
  • 学会等名: American Diabetes Association (ADA) 80th Scientific Sessions
  • 国際学会
• [学会発表] Whole-exome sequencing in a family with multiple cases of early-onset diabetes reveals a candidate causative mutation in the PTF1A gene. (2020)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Tanaka, Saki Okamoto, Yanyan Liu, Katsumi Iizuka, Yoshiyuki Hamamoto, Yukio Horikawa, Daisuke Yabe and Nobuya Inagaki
  • 学会等名: The 56th European Association for the Study of Diabetes (EASD) Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] テトラヒドロビオプテリンは胎児期の褐色脂肪組織の分化を制御し、出生後の糖及びエネルギー代謝に関与する. (2020)
  • 著者名/発表者名: 南野 寛人、藤田 義人、小栗 靖生、大橋 晶子、後藤 剛、川原崎聡子、古谷 太志、磯村 望、武居 晃平、李 瀛、河田 照雄、長谷川宏幸、稲垣 暢也
  • 学会等名: 第23回日本病態栄養学会年次学術集会
• [学会発表] テトラヒドロビオプテリンは胎児期より褐色脂肪組織の分化を制御し、出生後の糖・エネルギー代謝に関与する. (2020)
  • 著者名/発表者名: 南野 寛人、藤田 義人、小栗 靖生、大橋 晶子、後藤 剛、川原崎聡子、古谷 太志、磯村 望、武居 晃平、李 瀛、河田 照雄、長谷川宏幸、稲垣 暢也
  • 学会等名: 第34回日本糖尿病・肥満動物学会年次学術集会
• [学会発表] 若年発症非肥満糖尿病患者における、網羅的次世代シーケンスを用いた発症原因遺伝子変異の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田中 大祐, 稲垣 暢也
  • 学会等名: 第63回日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] テトラヒドロビオプテリンは胎児期より褐色脂肪組織の分化に関与し，出生後の糖・エネルギー代謝に持続的な影響を与える (2020)
  • 著者名/発表者名: 南野 寛人、藤田 義人、小栗 靖生、大橋 晶子、後藤 剛、川原崎 聡子、古谷 太志、磯村 望、武居 晃平、李 瀛、河田 照雄、長谷川 宏幸、稲垣 暢也.
  • 学会等名: 第63回 日本糖尿病学会年次学術集会
• [学会発表] テトラヒドロビオプテリンは胎仔期の褐色脂肪組織の分化を制御し、出生後の糖及びエネルギー代謝に関与する (2020)
  • 著者名/発表者名: 南野 寛人、藤田 義人、小栗 靖生、大橋 晶子、後藤 剛、川原崎 聡子、古谷 太志、磯村 望、武居 晃平、李 瀛、長谷川 宏幸、河田 照雄、稲垣 暢也.
  • 学会等名: 第59回 日本栄養・食糧学会近畿支部大会
• [学会発表] 化合物スクリーニングを用いた甲状腺ホルモン脱ヨード酵素の新規調節因子の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山内 一郎、坂根 依利子、伯田 琢郎、山下 貴史、植田 洋平、藤井 寿人、八十田 明宏、稲田 暢也
  • 学会等名: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] TSH受容体とIGF1受容体のcAMP産生における相互作用 機能獲得型変異を用いた検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山内 一郎、伯田 琢郎、山下 貴史、植田 洋平、藤井 寿人、八十田 明宏、稲垣 暢也
  • 学会等名: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] 甲状腺ホルモン不応症におけるベザフィブラートによる甲状腺機能低下症 マウスモデルの作成と解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山内 一郎、山下 貴史、伯田 琢郎、植田 洋平、藤井 寿人、稲垣 暢也
  • 学会等名: 第93回日本内分泌学会学術総会
• [学会発表] グルココルチコイド誘発性成長障害モデルマウスに対するC型ナトリウム利尿ペプチドの骨伸長障害改善効果の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 植田洋平、八十田明宏、伯田琢郎、山内一郎、藤井寿人、稲垣暢也
  • 学会等名: 第38回日本骨代謝学会学術集会
• [学会発表] TSH過剰発現マウスの作成と甲状腺機能に関する検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 山内 一郎、伯田 琢郎、植田 洋平、藤井 寿人、稲垣 暢也
  • 学会等名: 第63回日本甲状腺学会学術集会