ヒト多能性幹細胞の分化誘導系を基軸とする膵島の制御機構の解明

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02978
• 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): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 膵臓 / 内分泌β細胞

研究実績の概要

本研究では、膵臓β細胞の機能付与と機能維持に関わる遺伝子の役割について解析し、膵臓β細胞について統合的に理解することを目的とする。ヒトのモデル細胞として、ヒト多能性幹細胞由来の膵島細胞を用いて、成体由来の膵島細胞と比較しながら、膵臓β細胞について統合的に理解することを目指す。
発生途中から発現する2型糖尿病関連遺伝子としてC2CD4遺伝子がある。C2CD4遺伝子は核タンパク質であり、ヒトiPS細胞から膵臓への分化過程の細胞においても発現が見られている遺伝子である。C2cd4遺伝子ノックアウトマウスでは、インスリン分泌能の低下が報告されている。C2CD4と相互作用する分子について、たんぱく質近傍ラベリング法により検索し、複数の候補遺伝子を得て、その解析を行った。C2CD遺伝子ノックダウン細胞株の表現型解析から相関がみられたことより、機能調節していると思われる。
一方、膵島の機能制御において、ドパミンシグナルが抑制シグナルとして重要な役割を担っており、ドパミンD1受容体（Drd1）ならびにD2受容体（Drd2）の重要性が報告されている。我々は、Drd1, Drd2の果たす役割について調べるために、膵臓β細胞に特異的にDrd1やDrd2の遺伝子ノックアウトマウスを作成することとした。予備的な検討結果では、Drd2の全身ヘテロノックアウトマウスにおいてインスリン分泌が有意に増加していることが分かった。単離膵島においても同様な結果が得られたため、Drd2によるインスリン分泌に対する抑制が外れたためであると結論した。一方Drd1のヘテロノックアウトマウスにおいては特に対称実験のマウスとは差が見られなかった。今後、膵臓β細胞特異的なDrd2、Drd1ノックアウトマウスの作成と解析へと進める。

現在までの達成度 (段落)

令和5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5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] Transient methionine deprivation triggers histone modification and potentiated differentiation of induced pluripotent stem cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Ozawa H., Kambe A, Hibi K, Murakami S, Oikawa A, Handa T, Fujiki K, Nakato R, Shirahige K, Kimura H, Shiraki N, Kume S.
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 41 ページ: 271-286
  • DOI: 10.1093/stmcls/sxac082
  • 査読あり
• [雑誌論文] Promoting pancreatic β cell proliferation: a powerful key for realizing regenerative therapy for diabetes. (2023)
  • 著者名/発表者名: Shimaya Y, Shiraki N, Kume S. Promoting pancreatic β cell proliferation: a powerful key for realizing regenerative therapy for diabetes.
  • 雑誌名: J Diabetes Investig 巻: 14 ページ: 522-524
  • DOI: 10.1111/jdi.13967
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Protocol to generate human PSC-derived pancreatic beta-cells through methionine and zinc deprivation. (2023)
  • 著者名/発表者名: Sim Z.E, Enomoto T, Shiraki N, Kume S
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 102183 ページ: 102183
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2023.102183
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of induced pluripotent stem cell-derived beta-cells in blood amino acids-like medium (2023)
  • 著者名/発表者名: Ali M, Kato Y, Shiraki N, Kume S
  • 雑誌名: Biology Open 巻: 12 ページ: bio059581
  • DOI: 10.1242/bio.059581
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The effect of Vitamin D3 and Valproic Acid on the maturation of human induced pluripotent stem cell-derived enterocyte-like cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Leo S, Kato Y, Wu Y, Yokota M, Koike M, Yui S, Tsuchiya K, Shiraki N, Kume S
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 41 ページ: 775-791
  • DOI: 10.1093/stmcls/sxad042
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective proteasome degradation of the C-terminally-truncated human WFS1 mutants in the pancreatic beta cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Tokuma H, Sakano D, Tanabe, Tanizawa Y, Shiraki N, Kume S.
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 13 ページ: 1391-1540
  • DOI: 10.1002/2211-5463.13674
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Activation of cAMP(EPAC2) signaling pathway promotes hepatocyte attachment. (2023)
  • 著者名/発表者名: Helena GA, Watanabe T, Kato Y, Shiraki N, Kume S.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 13 ページ: 12352
  • DOI: 10.1038/s41598-023-39712-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A specific plasma amino acid profile in the Insulin2Q104del Kuma mice at the diabetic state and reversal from hyperglycemia. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiyoshi N, Enomoto T, Uefune F, Kato Y, Wu Y, Araki K, Sakano D, Shiraki N, Kume S. A
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 679 ページ: 58-65
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.08.064
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gut-Liver Microphysiological Systems Revealed Potential Crosstalk Mechanism Modulating Drug Metabolism (2023)
  • 著者名/発表者名: Dhimas Agung Kurniawan, Sylvia Leo, Mutsumi Inamatsu, Sohei Funaoka, Taichi Aihara, Takeshi Sakura, Hiroshi Arakawa, Yukio Kato, Tomoaki Matsugi, Katsuhiro Esashika, Nobuaki Shiraki, Shoen Kume, Hiroshi Kimura, Masaki Nishikawa, Yasuyuki Sakai
  • 雑誌名: PNAS NEXUS 巻: 3 ページ: pgae070
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgae070.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Methionine metabolism regulates pluripotent stem cell through zinc mobilization. (2023)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Shiraki, Erinn Zixuan Sim, Takayuki Enomoto, Nao Furuta, Soshiro Kashio, Taiho Kambe, Tomonori Tsuyama, Akihiro Arakawa, Hiroki Ozawa, Mizuho Yokoyama, Masayuki Miura, Shoen Kume
  • 学会等名: ISSCR
  • 国際学会
• [学会発表] Transient methionine deprivation triggers histone modification and potentiates differentiation of induced pluripotent stem cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Ozawa, Azusa Kambe, Kodai Hibi, Satoshi Murakami, Akira Oikawa, Tetsuya Handa, Katsunori Fujiki, Ryuichiro Nakato, Katsuhiko Shirahige, Hiroshi Kimura, Nobuaki Shiraki and Shoen Kume
  • 学会等名: ISSCR
  • 国際学会
• [学会発表] 多能性幹細胞からの膵分化誘導におけるメチオニンと亜鉛シグナルの役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 粂昭苑
  • 学会等名: 日本生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 多能性幹細胞由来膵島の分化誘導研究 (2023)
  • 著者名/発表者名: 粂昭苑
  • 学会等名: 日本糖尿病学会九州地方会
  • 招待講演
• [学会発表] HSVTK-GCV自殺スイッチを利用したiPS細胞由来β細胞における造腫瘍抑制 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岸本恵理子, 徳間啓, 白木伸明, 坂野大介, 粂昭苑
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] 膵臓β細胞における不均一なドーパミン合成能の生理学的役割の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 富永成海, 上船史弥, 井上愛里, 板谷勇輝, 徳間啓, 白木伸明, 坂野大介, 粂昭苑
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] 共培養系を用いたiPS-小腸細胞と肝細胞との相互作用の解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村莉瑠, 西藤巧, 渡邊輝彦,長田優菜,白木伸明, 粂昭苑
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [学会発表] 5-アミノレブリン酸を用いた光線力学療法のヒトiPS膵臓分化誘導への応用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 鈴木秀宜・小倉俊一郎・白木伸明・粂昭苑
  • 学会等名: 日本分子生物学会