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

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K21616
• 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
• キーワード: シングルセルRNAシークエンシング / 膵β細胞

研究実績の概要

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。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。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。研究手法としては、若齢（8週齢）及び高齢（1年齢）のC57BL/6マウスを用いて、膵β細胞増殖を促す膵部分切除（PPTx）を行った。術後2日で膵島を単離し、膵島全体からRNAを抽出して行うRNAシークエンシング(RNA-seq)および、膵島単離後にトリプシン処理を行って単細胞化した後にRNA抽出を行うシングルセルRNAシークエンシング(scRNA-seq)を行い解析した。RNA-seqの結果では、PPTxにより若齢マウスでは693の発現上昇遺伝子および573の発現低下遺伝子を認めた一方で、高齢マウスでは52の発現上昇遺伝子と31の発現低下遺伝子を認めた。これらの発現変動遺伝子をGene Ontology解析にて生物学的機能で分類すると、若齢マウスでは細胞周期や有糸分裂等に関連した遺伝子群の発現が亢進していたのに対し、高齢マウスでは炎症反応や免疫反応に関連した遺伝子群が上昇していた。この結果から、PPTxにより若齢マウスで膵β細胞増殖が活発になっていることが示唆された。scRNA-seqでは、1623細胞の遺伝子プロファイルを検出し、遺伝子発現パターンからクラスタリング行ったところ、6つの細胞亜集団（クラスター）が観察された。また、術後2日目の単離膵島に対してATAC-seqによるオープンクロマチン領域の検索を行い、若齢、高齢マウスそれぞれでPPTx群に特異的なオープンクロマチン領域の同定を行なった。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、ERストレス応答関連遺伝子の発現が増強していた。

研究成果

• [国際共同研究] University of Geneva medical school(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: University of Geneva medical school
• [国際共同研究] Washington university school of medicine(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Washington university school of medicine
• [国際共同研究] University of Ulster(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: University of Ulster
• [国際共同研究] University of Copenhagen(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: University of Copenhagen
• [国際共同研究] CHU d'Angers(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: CHU d'Angers
• [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, Nakamoto Yuji, Saga Tsuneo, Ishimori Takayoshi, Shimizu Yoichi, Watanabe Hiroyuki, Sano Kohei, Harada Norio, Nakamura Hiroshi, Kentaro Toyoda, Murakami Atsushi, Ono Masahiro, Togashi Kaori, Saji Hideo, Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: Frontiers in Endocrinology 巻: 12 ページ: -
  • 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 Yuki、Harada Norio、Kishino Shigenobu、Iwasaki Kanako、Ikeguchi-Ogura Eri、Yamane Shunsuke、Kato Tomoko、Kanemaru Yoshinori、Sankoda Akiko、Hatoko Tomonobu、Kiyobayashi Sakura、Ogawa Jun、Hirasawa Akira、Inagaki Nobuya
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 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 ページ: -
  • 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: -
  • 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 Takumi、Shibata Eri、Shimada Midori、Ito Ken、Ito Tomiko、Kanda Hiroaki、Takubo Keiyo、Shimada Atsuyoshi、Lleonart Matilde E.、Inagaki Nobuya、Yokode Masayuki、Kondoh Hiroshi
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 16 ページ: -
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0250856
  • 査読あり / オープンアクセス
• [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 ページ: G617～G626
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00312.2020
  • 査読あり
• [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