発生工学的手法を用いた膵β細胞におけるグルコース応答性インスリン分泌の研究

1999 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10877175
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 門脇 孝 東京大学, 医学部・附属病院, 講師 (30185889)
• 研究分担者: 高橋 倫子 東京大学, 医学部・附属病院, 医員 ; 寺内 康夫 東京大学, 医学部・附属病院, 医員 ; 江藤 一弘 東京大学, 医学部・附属病院, 医員 ; 安田 和基 東京大学, 医学部・附属病院, 医員
• キーワード: 発生工学 / 膵β細胞 / インスリン分泌 / NIDDM / 2型糖尿病 / グルコキナーゼ / NADHシャトル / グリセロールリン酸シャトル / ミトコンドリア型GPDH

研究概要

mGPDH欠損マウスは正常耐糖能であり、膵島からのグルコース応答性インスリン分泌にも障害は認めなかった。単離した野生型マウス膵島にAOAを加え、MAシャトルのみを阻害した状態でもグルコース応答性インスリン分泌はほぼ保たれていた。しかし、mGPDH欠損マウス膵島にAOAを添加するとグルコース応答性インスリン分泌はほぼ完全に廃絶した。一方、ミトコンドリアでのグルコース代謝を必要としない分泌刺激物質であるメチルピルビン酸、グリベンクラミドに対する応答には障害を認めなかった。
両NADHシャトルが停止した際、解糖系におけるグルコース利用は正常であったが、TCA回路でのグルコース酸化は正常の約50%に低下していた。また、ミトコンドリアにプールされたNADH量を反映するNAD(P)H自家蛍光産生、ミトコンドリア内膜電位の過分極、そして、ATP産生量を反映する細胞内ATP含量のグルコース刺激後の増加は、すべて正常の約25%に低下していた。また、両シャトル機能が停止した際にTCA回路活性が低下する一因として、ミトコンドリア内へのCa^<2+>流入が阻害されている事実が示された。
野生型膵島にTCA回路の阻害剤を投与し、TCA回路でのグルコース酸化を約50%阻害した条件下でも、グルコース応答性インスリン分泌はまったく障害されなかった。このことは、NADHシャトル活性それ自体のグルコース応答性インスリン分泌における重要性を示した。この概念を外挿し、NADHシャトル活性のみが存在した場合、分泌が保持されるかに関心がもたれた。ミトコンドリア電子伝達系に化学的に電子を供給する系では、同時にグルコースが存在しなければ分泌は惹起されなかった。これらより、グルコース応答性インスリン分泌にはNADHシャトル機構とともにTCA回路の活性が不可欠であるが、同回路の最大限の活性化は必ずしも必要ではないことが示唆された。

研究成果

• [文献書誌] Terauchi,Y., Kadowaki,T. et al.: "Increased insulin sensitivity and hypoglycemia in mice lacking p85α subunit of phosphoinositide 3-kinase"Nature Genetics. 21. 230-235 (1999)
• [文献書誌] Hayakawa,T., Kadowaki,T., et al.: "Ethidium bromide-induced inhibition of mitochondrial gene transcription suppresses glucose-stimulated insulin release in the mouse paveres β-cell live β HCG"J. Biol. Chem.. 273. 20300-20307 (1998)
• [文献書誌] Takahashi,N., Kadowaki,T., et al.: "Post-priming actions of ATP on Ca^<2+>-dependent exocytosis in paucreatic beta cells"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96. 760-765 (1999)
• [文献書誌] Eto,K., Kadowaki,T., et al.: "Role of NADH shuttle system in glucose-induced activation of mitochondrial metabolism and insulin secretion"Science. 283. 981-985 (1999)
• [文献書誌] Eto,K., Kadowaki,T., et al.: "NADH shuttle system regulates K_<ATP> channel-dependent pathway and steps distal to [Ca^<2+>] C elevation in glucose-induced insulin secretion"J. Biol. Chem. 274. 25386-25392 (1999)
• [文献書誌] Otabe,S., Kadowaki,T., et al.: "Holecular and histological evaluation of pancreata from patients with a mitochondrial gene mutation associated with inpaired insulin secretion"Biochem. Biophys. Res. Common.. 259. 149-156 (1999)
• [文献書誌] Kadowaki,T., Kubota,N., et al.: "Role of PPARγ in high-fat diet-induced adipocyte hypertrophy and insulin resistance"Common Disease-Genetic and Pathogenic Aspects of Multifactorial Diseases Uehara Memcrial Foundation Synposium-1999. 79-89 (1999)
• [文献書誌] Kaburagi,Y., Kadowaki,T., et al.: "The mechanism of insulin-induced signal trausduction mediated by the insulin receptor substrate family"Endocrine J. 46. 25-34 (1999)