試験管内分化誘導に基づく膵β細胞の機能維持と恒常性維持の分子機序解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H02861
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 粂 昭苑 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (70347011)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: VMAT2 / ドパミン / 膵臓β細胞 / インスリン分泌

研究実績の概要

これまで、ヒトiPS細胞からβ細胞への分化を促進する化合物について、モノアミンが有効であることを同定してきた。また、モノアミンのうち、ドパミンにフォーカスして、膵島における作用機序について詳細に検討した。全反射顕微鏡によるインスリンイメージングを用いた解析では、VMAT2阻害剤の処理により、膵島内の細胞でのインスリン分泌細胞の割合が上がることが分かった。これらの結果から、ドパミンはすい臓β細胞の糖応答性インスリン分泌における抑制シグナルであると考えられた。一方、膵臓β細胞特異的なVMAT2遺伝子変異マウスを用いた解析により、変異マウスでは加齢によりβ細胞の脱落がみられた。詳細に解析した結果、VMAT2遺伝子の欠損により、細胞内ドパミンが減少し、糖応答性インスリン分泌が上昇したことが分かった。高脂肪食を給餌したマウスにおいて、耐糖能の悪化が遺伝子変異マウスでみとめられた。いろいろな解析から、β細胞に過度な栄養負荷を加えることにより、糖応答性インスリン分泌を過剰に引き起こした結果、β細胞の脱分化、最終的にはβ細胞死を引き起こしたことが分かった。糖応答性インスリン分泌とともに、ドパミンが分泌され、それが細胞膜上に存在するドパミントランスポーターによりβ細胞内に再取り込みされる。しかし、VMAT2を欠失すると、細胞質内に取り込まれたドパミンは分泌小胞に格納されずに、細胞内の分解酵素MAOにより分解され、ROSが発生する。インスリン分泌が過剰に起きる高脂肪食条件では、次第にβ細胞はROSにより脱分化、そしてβ細胞死が引き起こされることに至った、ということが分かった。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Dietary sodium chloride attenuates increased β-cell mass to cause glucose intolerance in mice under a high-fat diet. (2021)
  • 著者名/発表者名: Taki K, Takagi H, Hirose T, Sun R., Yaginuma H, Mizoguchi A, Kobayashi T, Sugiyama M, Tsunekawa T, Onoue T, Hagiwara D, Ito Y, Iwama S, Suga H, Banno R, Sakano D, Kume S, Arima H,
  • 雑誌名: Plos One 巻: 16 ページ: e0248065
  • DOI: 10.1371/ journal.pone.0248065
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent progress in pancreatic islet cell therapy (2021)
  • 著者名/発表者名: Sim Z.E, Shiraki N, Kume S
  • 雑誌名: Inflammation and Regeneration 巻: 41 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1186/s41232-020-00152-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of human induced pluripotent stem cell-derived functional enterocyte-like cells for pharmacokinetic studies (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida S, Honjo T, Iino K, Ishibe R, Leo S, Shimada T, Watanabe T, Ishikawa M, Maeda K, Kusuhara H, Shiraki N, Kume S.
  • 雑誌名: Stem Cell Reports 巻: 16 ページ: 295-308
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2020.12.017
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] VMAT2 safeguards beta-cells against dopamine cytotoxicity under high-fat diet induced stress (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakano D, Uefune F, Tokuma H, Sonoda Y, Matsuura K, Takeda N, Nakagata N, Kume K, Shiraki N, Kume S.
  • 雑誌名: Diabetes 巻: 69 ページ: 1-15
  • DOI: 10.2337/db20-0207
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insulin2 Q104del (Kuma) mutant mice develop diabetes with dominant inheritance (2020)
  • 著者名/発表者名: Sakano D, Inoue A, Enomoto T, Imasaka M, Okada S, Yokota M, Koike M, Araki K, Kume S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 12187
  • DOI: 10.1038/s41598-020-68987-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of intestinal organoids derived from human pluripotent stem cells for drug testing. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshida S, Hirota M, Kawachi T, Kume S, Takahashi K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 5989
  • DOI: 10.1038/s41598-020-63151-z.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ヒトiPS細胞を用いた糖尿病の再生医療研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 粂 昭苑
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 膵島移植に用いるための免疫隔離カプセルの評価 (2021)
  • 著者名/発表者名: 滝波那拓、榎本 孝幸、白木 伸明、粂 昭苑
  • 学会等名: 第20回日本再生医療学会総会
• [学会発表] メチオニン代謝による幹細胞制御、および膵臓β細胞分化に与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 粂昭苑
  • 学会等名: 分子生物学会
  • 招待講演
• [学会発表] マウス膵内分泌細胞のVMAT2による膵島の機能制御 (2020)
  • 著者名/発表者名: 芝江柾葵, 上船史弥, 坂野大介, 粂昭苑
  • 学会等名: 分子生物学会
• [学会発表] ヒト多能性幹細胞を用いた膵島再生研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 粂 昭苑
  • 学会等名: 日本動物細胞工学会
  • 招待講演
• [備考] 膵臓β細胞のインスリン分泌時の活性酸素に対する保護作用を解明
  • URL: https://educ.titech.ac.jp/bio/news/2020_09/059581.html
• [備考] 自然発症型糖尿病モデルマウスの作製に成功―膵臓再生医療の新しい移植モデル動物として期待
  • URL: https://www.titech.ac.jp/news/2020/047450.html