| 研究課題/領域番号 |
19K07281
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| 研究機関 | 千葉大学 |
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研究代表者 |
三木 隆司 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (50302568)
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| 研究分担者 |
李 恩瑛 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (60583424)
波多野 亮 千葉大学, 大学院医学研究院, 助教 (60521713)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 糖尿病 / 膵β細胞 / 再生 / 幹細胞 / 脱分化 |
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| 研究実績の概要 |
糖尿病患者では膵β細胞の量と機能が進行性に低下する。我々は任意の時期に膵β細胞の細胞死を誘導しその後の膵島再生を惹起する膵島再生モデルマウスを用いて再生機序を解析している。この機序を分子レベルで解明するためには、再生膵島の遺伝子発現変化を定量的に解析することが重要であり、その目的で最近レーザーキャプチャーマイクロダイセクション法（LCM法）を用いた再生膵島回収とmRNA発現解析を行う実験系を確立した。今年度の解析の結果、膵島再生では細胞分裂が誘発され、膵島内で未分化膵β細胞マーカーであるRgn3と脱分化マーカーであるAldh1a3の発現が誘導されることを見いだした。また、膵島内の個々の細胞での遺伝子発現を調べるために組織学的解析を行ったところ、再生中の膵β細胞でAldh1a3の発現が亢進し、成熟膵β細胞の機能分子であるインスリン遺伝子の発現量は低下することが明らかになった。興味深いことに、膵亜全摘法により膵島再生を誘導させた際にも、膵島再生マウスとほぼ同程度の細胞分裂が誘導されるが、Rgn3の発現は全く増加せず、膵島内の局所環境の違いにより異なる様式の膵島再生が活性化させることが明らかになった。
我々はまた、マウスに膵β細胞株から作製した擬膵島を腎被膜下に移植すると、擬膵島の増殖に伴い低血糖が誘導され、この際、内在性の膵β細胞にはアポトーシスによる細胞死が惹起されることを見いだしたが、アポトーシスの機序はほとんど不明である。特に隣接する膵β細胞から分泌されるインスリンの局所シグナルの寄与が想定されるため、低血糖でインスリン分泌が抑制されないKATPチャネル欠損マウスで擬膵島移植実験を行った。すると、野生型マウスと同等の低血糖が誘導された際も、膵β細胞死が遥かに軽度であり、局所でのインスリンシグナルが膵β細胞の生存に重要であることが示された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
我々は本研究により、膵島再生の惹起に寄与する再生膵島局所のシグナルの解明を目指している。令和年度の解析から、膵島内の局所環境の違いによって、誘導される膵島再生の様式が異なることが明らかになってきた。また、擬膵島移植マウスの実験でも局所で分泌されるインスリンシグナルが細胞生存に寄与することを示す直接的な結果が得られた。これらの結果に基づき、今後は局所シグナルをさらに詳細に解析する実験へと進む計画であり、実験は当時の計画通り進んでいると考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
膵島再生マウスと膵亜全摘マウスの比較検討解析の結果から、両者では異なる様式の再生が誘導されていることが明らかになった。今後は、再生膵島での遺伝子発現変化と免疫組織学的解析を組み合わせて、膵島を構成する個々の細胞での遺伝子発現プロファイルの解明を進めていく。さらに、再生過程の異なる時期での種々の遺伝子発現変化を、再生膵島のqPCR解析と組織学的解析を組み合わせることにより、それぞれの遺伝子の役割を経時的、空間的に解析する計画である。具体的には、膵島再生マウスでは再生膵島でRgn3とAldh1a3の発現が誘導されるが、膵亜全摘マウスではRgn3は全く増加せず、Aldh1a3の発現上昇は軽度であった。一方、細胞分裂をKi67遺伝子発現変化と膵β細胞へのBrdUの取り込みにより評価すると膵島再生マウスと膵亜全摘マウスではほぼ同等の細胞増殖が誘導されていた。この結果は膵β細胞の増殖と、脱分化・再分化は異なる機序で制御されていることを示しており、今後、qPCR解析による遺伝子発現の経時的解析とRgn3やAldh1a3などの免疫組織学的解析を組み合わせて、膵島再生を時空的に解明する。
一方、擬膵島移植マウスの実験で、膵島局所のインスリンが膵β細胞の生存に極めて食うような役割を果たしていることが示された。今後は、膵β細胞の生存におけるインスリンシグナルを膵β細胞株とインスリン受容体阻害薬を用いて分子レベルで解明する。これまで、膵β細胞特異的インスリン受容体マウスの解析では膵β細胞へのインスリンシグナルがその量と機能の維持に重要であることが示されているが、本研究により新たな実験系で検証できるのではないかと考えている。
これらの解析を通じて、膵島内の局所のシグナルネットワークが膵再生・細胞生存・機能維持にどのような役割を果たしているかを解明する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
実験計画はおおむね計画通りに進んでいる。しかしながら、膵島再生マウスの再生膵島のLCM法による遺伝子発現解析と形態学的解析を進める過程で、再生膵島全体での遺伝子発現の変化解析を組織学的解析と並行して進めていく方が、膵島を構成する個々細胞の特性の変化を解明しやすいことに気付いた。このことから、比較的低コストではあるが解析に多くの時間がかかる形態学的解析を前倒しして令和元年度に進めており、その結果、比較的高コストのLCM法は令和2年度以降にも継続して行うこととなった。このアプローチの方が効率よく分子機構を解明することが出来ると考えている。その結果、大きな金額の変更ではないものの、令和元年度分の予算を次年度に使用することとなった。
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