シングルセルエピゲノム解析を用いた膵β細胞増殖制御機構の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K19654
• 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)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2019-03-31
• キーワード: 膵β細胞 / 増殖 / インスリン / 老化

研究実績の概要

若齢（8週齢）、高齢（52週齢）の野生型マウスC57BL/6Jに対して、膵β細胞の強力な増殖刺激である膵部分切除を実施し、切除術前後の膵島細胞に対して、ATAC-Seqによる網羅的オープンクロマチン解析、シングルセルレベルでのRNA-seq（scRNA-seq）によるトランスクリプトーム解析を行うことで増殖能をもつ膵β細胞について解析を行った。結果、１）遺伝子発現の違いにより膵β細胞は４つの亜集団に分類されること、２）亜集団のひとつは細胞増殖に関連した遺伝子群を発現する増殖β細胞からなることを見出した。さらに若齢マウスにおいて、増殖β細胞からなる亜集団は、膵部分切除術により増加するが、高齢マウスでは増殖β細胞は刺激前後でほとんど認められなかった。興味深いことに、scRNA-SeqとATAC-Seqの統合解析から膵β細胞増殖制御に関与すると考えらえる新規転写因子を同定することに成功した。今後、遺伝子改変マウスを作成、解析することで、同定した転写因子について膵β細胞の増殖における役割を検討する予定である。

生体内における膵β細胞増殖を可視化すべく膵β特異的に細胞周期プローブを発現する遺伝子改変マウス（βFucci2aRマウス）の樹立に成功した。膵β細胞増殖を刺激するインスリン受容体拮抗薬S961を投与下にBrdUラベルしたβFucci2aRマウスの膵島を免疫組織染色により解析したところ、BrdUによる従来の評価系と矛盾することなく膵β細胞増殖を評価できることを確認した。また透明化技術を組み合わせることで、個体における膵β細胞増殖をより簡便に定量化することに成功した（投稿中）。一方、生体内における膵β細胞増殖のリアルタイム・モニタリングを試みたが、増殖するβ細胞が少ないことに加え、マウスを生かしたまま、G0からM期まで全細胞周期を観察することは難しく、現在、条件検討を行っている。

研究成果

• [国際共同研究] University of Geneva(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Geneva
• [国際共同研究] University of British Columbia(カナダ)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: University of British Columbia
• [雑誌論文] Sphingosine kinase 1?interacting protein is a dual regulator of insulin and incretin secretion (2019)
  • 著者名/発表者名: Liu Yanyan、Harashima Shin-ichi、Wang Yu、Suzuki Kazuyo、Tokumoto Shinsuke、Usui Ryota、Tatsuoka Hisato、Tanaka Daisuke、Yabe Daisuke、Harada Norio、Hayashi Yoshitaka、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 33 ページ: 6239～6253
  • DOI: doi: 10.1096/fj.201801783RR
  • 査読あり
• [雑誌論文] Medium-chain triglyceride diet stimulates less GIP secretion and suppresses body weight and fat mass gain compared with long-chain triglyceride diet (2019)
  • 著者名/発表者名: Murata Yuki、Harada Norio、Yamane Shunsuke、Iwasaki Kanako、Ikeguchi Eri、Kanemaru Yoshinori、Harada Takanari、Sankoda Akiko、Shimazu-Kuwahara Satoko、Joo Erina、Poudyal Hemant、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1152/ajpendo.00200.2018
  • 査読あり
• [雑誌論文] Exogenous C-type natriuretic peptide restores normal growth and prevents early growth plate closure in its deficient rats (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirota Keisho、Furuya Mayumi、Morozumi Naomi、....、Murakami Koichiro、Ueda Yohei、Hanada Takeshi、Sade Hiroko、Yoshida Sayaka、Enomoto Kei、Kanai Yugo、Yamauchi Ichiro、Yamashita Takafumi、Ueda-Sakane Yoriko、Fujii Toshihito、Yasoda Akihiro、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 13 ページ: e0204172
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0204172
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein hypoacylation induced by Sirt5 overexpression has minimal metabolic effect in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Bentley Nicholas L.、Fiveash Corrine E.、Osborne Brenna、Quek Lake-Ee、Ogura Masahito、Inagaki Nobuya、Cooney Gregory J.、Polly Patsie、Montgomery Magdalene K.、Turner Nigel
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 503 ページ: 1349～1355
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.07.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Establishment of a method for in-vivo SPECT/CT imaging analysis of 111In-labeled exendin-4 pancreatic uptake in mice without the need for nephrectomy or a secondary probe (2018)
  • 著者名/発表者名: Hamamatsu Keita、Fujimoto Hiroyuki、Fujita Naotaka、Murakami Takaaki、Kimura Hiroyuki、Saji Hideo、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: Nuclear Medicine and Biology 巻: 64-65 ページ: 22～27
  • DOI: 10.1016/j.nucmedbio.2018.06.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solid-phase extraction treatment is required for measurement of active glucagon-like peptide-1 by enzyme-linked immunosorbent assay kit affected by heterophilic antibodies (2018)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa Tomonori、Komagata Miho、Hamasaki Akihiro、Harada Norio、Seino Yutaka、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 10 ページ: 302～308
  • DOI: 10.1111/jdi.12896
• [雑誌論文] Live imaging analysis of the growth plate in a murine long bone explanted culture system (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirota Keisho、Yasoda Akihiro、Kanai Yugo、Ueda Yohei、Yamauchi Ichiro、Yamashita Takafumi、Sakane Yoriko、Fujii Toshihito、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 ページ: 10332
  • DOI: 10.1038/s41598-018-28742-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcriptional factor Pdx1 is involved in age-related GIP hypersecretion in mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeguchi Eri、Harada Norio、Kanemaru Yoshinori、Sankoda Akiko、Yamane Shunsuke、Iwasaki Kanako、Imajo Masamichi、Murata Yuki、Suzuki Kazuyo、Joo Erina、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology 巻: 315 ページ: G272～G282
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00054.2018
  • 査読あり
• [学会発表] 膵臓の再生を明らかにするシングルセル遺伝子発現及びマルチオミックス解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 亮、中村正裕、龍岡久登、矢部大介、稲垣暢也
  • 学会等名: 第61回日本糖尿病年次学術集会
  • 招待講演