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2013 年度 実施状況報告書

ISFETpHセンサーを用いた間質液pH連続測定とインスリン抵抗性発症機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 25670111
研究種目

挑戦的萌芽研究

研究機関京都府立医科大学

研究代表者

丸中 良典  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00127036)

研究分担者 新里 直美  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (00237645)
細木 誠之  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (30433254)
宮崎 裕明  京都府立医科大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (30360027)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード糖尿病 / 組織間質液 / pH
研究概要

高食塩食摂取誘因性高血圧症依存的にインスリン抵抗性が誘導されることが知られている。予備実験として、2型糖尿病モデルOLETF ラットを用いて、18週齢にて血糖値上昇と腹腔内pH 低下している事を確認済み(対照としては非糖尿病ラットであるWisterラットを用いた)。 一方血液中にはヘモグロビン・アルブミンを始めとした強力はH+緩衝物質が存在するために血液pHは大きな変動を示さない。 細胞外液pH低下によりインスリンの血糖値降下作用は減弱する。これらのことを基盤に、以下の仮説に至った。高食塩食あるいは体内エネルギー過剰産生(プロトンの過剰産生)による間質液pH低下を介して血糖値制御におけるインスリン作用減弱をもたらし、高インスリン血症を誘引する。インスリン抵抗性発症のトリガーが間質液pH低下による事を明らかにするために上記の仮説を証明する。培養液pHは、イオン感応性電解効果型トランジスタpHセンサーを用いて培養期間中の培養液およびアンチモン製pH電極を用いてラット腹腔内間質液pHを連続的に測定することにより、以下の実験を行なう。細胞実験:骨格筋L6細胞を種々のpHの培養液中で培養し、インスリン受容体へのインスリンの結合親和性・インスリン受容体リン酸化・細胞内シグナル(インスリンの受容体への結合能,インスリン受容体リン酸化、 AKT、グルコース取り込み)への培養液pHの影響を検証する。モデル動物実験:2型糖尿病モデルラットであるOLETFラットを用い、血糖値・血圧・血中インスリン活性・インスリン受容体リン酸化・間質組織液のpHとの関連性を明らかにする。糖尿病患者での代謝異常誘因性組織間質液pH動態異常がインスリン抵抗性を誘発するという全く新規の発想に基づいて、インスリン抵抗性発症機構を解明し、臨床応用のための基礎実験を行なう。糖尿病という代謝異常疾患の病態改善および予防法を開発するという点において他に類を見ない研究である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

骨格筋細胞を用いて、細胞外pHを低下させることにより、インスリンの受容体への結合能,インスリン受容体リン酸化、 AKT、グルコース取り込みが低下することを明らかにした。Hayata H, Miyazaki H, Niisato N, Yokoyama N, Marunaka Y. Lowered extracellular pH is involved in the pathogenesis of skeletal muscle insulin resistance. Biochem Biophys Res Commun. 2014;445(1):170-174.
さらに、糖尿病ラットの海馬(記憶に重要な働きを担っている)周囲組織間質液pHも正常ラットに比し、低下していることも見出した。Yoshinori Marunaka, Kanji Yoshimoto, Wataru Aoi, Shigekuni Hosogi, Hiroshi Ikegaya. Low pH of interstitial fluid around hippocampus of the brain in diabetic OLETF rats. Molecular and Cellular Therapies. 2014;2:6.
以上のことより、当初の計画以上に研究は進んでいると確信している。

今後の研究の推進方策

現在、糖尿病における組織間質液pH低下を引き起こす原因をミトコンドリア機能との関連でその原因解明に向け、実験を行なっている。ミトコンドリア機能は、細胞レベルでの酸素消費量測定を行うことにより検証する。ミトコンドリアにおける TCA cycle でのATP生成の定量と高濃度糖の負荷との関係を明らかにし、高カロリー摂取がミトコンドリア機能に如何なる影響を与えるかを検証する

  • 研究成果

    (38件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (11件) (うち査読あり 11件) 学会発表 (26件) (うち招待講演 21件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Lowered extracellular pH is involved in the pathogenesis of skeletal muscle insulin resistance2014

    • 著者名/発表者名
      Hayata H, Miyazaki H, Niisato N, Yokoyama N, MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      Biochem Biophys Res Commun

      巻: 445 ページ: 170-174

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2014.01.162

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cellular Physiological Approach for Treatment of Gastric Cancer2014

    • 著者名/発表者名
      Shiozaki A, Ishikawa D, Otsuji E, MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      World Journal of Gastroenterology

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Importance of expression and function of angiotensin II receptor type 1 in pulmonary epithelial cells2014

    • 著者名/発表者名
      MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      Respiratory Physiol Neurobiol

      巻: 196 ページ: 39-42

    • DOI

      10.1016/j.resp.2014.02.013

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Distinct action of flavonoids, myricetin and quercetin, on epithelial Cl- secretion : useful tools as regulators of Cl- secretion2014

    • 著者名/発表者名
      Sun H, Niisato N, Nishio K, Hamilton KL, MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      BioMed Res Int

      巻: 2014:902735 ページ: 902735

    • DOI

      10.1155/2014/902735

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cytosolic chloride ion is a key factor in lysosomal acidification and function of autophagy in human gastric cancer cell2014

    • 著者名/発表者名
      Hosogi S, Kusuzaki K, Inui T, Wang X, MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      J Cell Mol Med

      巻: in press ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of the Na+/K+/2Cl- cotransporter NKCC1 in cell cycle progression in human esophageal squamous cell carcinoma2014

    • 著者名/発表者名
      Shiozaki A, Nako Y, Ichikawa D, Konishi H, Komatsu S, Kubota T, Fujiwara H, Okamoto K, Kishimoto M, MARUNAKA Y, Otsuji E.
    • 雑誌名

      World J Gastroenterol (in press)

      巻: in press ページ: in press

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Roles of ionic environments in growth of human cancer cell and potentials of ion transporter blockers in cancer therapies2014

    • 著者名/発表者名
      MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      J Gastrointestinal and Digestive System

      巻: 3 ページ: 163

    • DOI

      10.4172/2161-069X.1000163

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The Importance of regulation of body fluid pH in the development and progression of Metabolic Diseases2014

    • 著者名/発表者名
      Aoi W, MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      Advances in Medicine and Biology

      巻: 77 ページ: 177-189

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Low pH of interstitial fluid around hippocampus of the brain in diabetic OLETF rats2014

    • 著者名/発表者名
      MARUNAKA Y, Yoshimoto K, Aoi W, Hosogi S, Ikegaya H
    • 雑誌名

      Molecular and Cellular Therapies

      巻: 2 ページ: 6

    • DOI

      10.1186/2052-8426-2-6

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A regulatory role of K+-Cl- cotransporter in the cell cycle progression of breast cancer MDA-MB-231 cells2013

    • 著者名/発表者名
      Kitagawa M, Niisato N, Shiozaki A, Ohta-Fujimoto M, Hosogi S, Miyazaki H, Ichikawa D, Otsuji E, MARUNAKA Y
    • 雑誌名

      Arch Biochem Biophys

      巻: 539 ページ: 92-98

    • DOI

      10.1016/j.abb.2013.06.014

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A PKG inhibitor increases Ca2+-regulated exocytosis in guinea pig antral mucous cells: cAMP accumulation via PDE2A inhibition2013

    • 著者名/発表者名
      Tanaka S, Tanaka R, Harada S, Kohda Y, Matsumura H, Shimamoto C, Sawabe Y, MARUNAKA Y, Kuwabara H, Takahashi Y, Ito S, Nakahari T
    • 雑誌名

      Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol

      巻: 304 ページ: G773-G780

    • DOI

      10.1152/ajpgi.00281.2012

    • 査読あり
  • [学会発表] Molecular mechamims of Epithelial Na+ channel (ENaC) regulation. Symposium on “Epithelial Ion Transport”2014

    • 著者名/発表者名
      Niisato N, MARUNAKA Y.
    • 学会等名
      The Pharmaceutical Society of Japan
    • 発表場所
      熊本
    • 年月日
      20140327-20140330
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanisms of regulation of ENaC expression and intracellular trafficking in renal epithelium2014

    • 著者名/発表者名
      MARUNAKA Y, Niisato N, Yokoyma N, Sasamoto K
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular mechanism of regulation of epithelial Na+ channel (ENaC) activity at the plasma membrane - Roles of raft domain2014

    • 著者名/発表者名
      Yokoyama N, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulatory mechanisms of epithelial Na+ channel (ENaC)2014

    • 著者名/発表者名
      Niisato N, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
    • 招待講演
  • [学会発表] Calcium Homeostasis Modulator (CALHM): A novel ion channel family encoding voltage-gated ATP release ion channels involved in non-synaptic neurotransmission from taste cells2014

    • 著者名/発表者名
      Taruno A, MARUNAKA Y, Foskett JK
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulatory mechanisms of the G1 to S phase cell cycle progression via changes in the intracellular concentration of Cl- in MKN28 human gastric cancer cells2014

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki H, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
  • [学会発表] Quercetin diminishes the cAMP-stimulated Cl- secretion by blocking Na+,K+ -ATPase in epithelial cells2014

    • 著者名/発表者名
      Sun H, Niisato N, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
  • [学会発表] Estimation of activity of electro-neutral ion transporter by establishing mathematical model of Cl- secretion in epithelial cells based on measurement of transcellular ion transport and membrane ion conductance2014

    • 著者名/発表者名
      Sasamoto K, Niisato N, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
  • [学会発表] Cytosolic chloride ion is a key factor in lysosomal acidification and function of autophagy in human gastric cancer cell.2014

    • 著者名/発表者名
      Hosogi S, Miyazaki H, Kusuzaki K, Niisato N, MARUNAKA Y.
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
  • [学会発表] Lowered extracellular pH is involved in the pathogenesis of skeletal muscle insulin resistance.2014

    • 著者名/発表者名
      Hayata H, Miyazaki H, Niisato N, Yokoyama N, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      The Physiological Society of Japan
    • 発表場所
      鹿児島
    • 年月日
      20140316-20140318
  • [学会発表] Pathophysiological roles of ionic environment in diabetes mellitus2013

    • 著者名/発表者名
      MARUNAKA Y
    • 学会等名
      International Forum of Molecular and Cellular Diagnosis and Therapies
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 年月日
      20131110-20131110
    • 招待講演
  • [学会発表] 膜ラフト分画における上皮型ナトリウムチャンネル(ENaC)の活性調節2013

    • 著者名/発表者名
      横山 紀子、丸中 良典
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20141108
    • 招待講演
  • [学会発表] 消化器癌細胞株における低浸透圧刺激及びクロライドイオンチャネルブロックによる膜輸送制御を利用した細胞破壊効果の検討2013

    • 著者名/発表者名
      竹本 健一、塩崎 敦、市川 大輔、小松 周平、小西 博貴、森村 玲、 村山 康利、栗生 宜明、生駒 久視、窪田 健、中西 正芳、藤原 斉、岡本 和真、阪倉 長平、中張 隆司、丸中 良典、大辻 英吾
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] 食道扁平上皮癌(ESCC)腫瘍増殖に関わるxCTの役割と意義について2013

    • 著者名/発表者名
      飯高 大介、塩崎 敦、市川 大輔、藤原 斉、小西 博貴、小松 周平、窪田 健、 岡本 和真、森村 玲、村山 康利、栗生 宜明、生駒 久視、中西 正芳、 阪倉 長平、丸中 良典、大辻 英吾
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] 食道扁平上皮癌におけるアクアポリン5の発現と役割2013

    • 著者名/発表者名
      中島 慎吾、塩崎 敦、清水 浩紀、小西 博貴、森村 玲、村山 康利、小松 周平、栗生 宜明、生駒 久視、窪田 健、中西 正芳、市川 大輔、藤原 斉、岡本 和真、阪倉 長平、丸中 良典、大辻 英吾
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] 食道癌細胞におけるNa+-K+-2Cl- Cotransporter 1 (NKCC1) の役割について2013

    • 著者名/発表者名
      名幸 義仁、塩崎 敦、市川 大輔、小西 博貴、森村 玲、小松 周平、栗生 宜明、生駒 久視、窪田 健、中西 正芳、藤原 斉、岡本 和真、阪倉 長平、岸本 光夫、丸中 良典、大辻 英吾
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] p38MAPKを介するENaC膜発現制御機構の解明2013

    • 著者名/発表者名
      新里 直美、丸中 良典
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] Na+-K+-2Cl-共輸送体(NKCC)の周期的な発現変化に伴った細胞内Cl-濃度変化による細胞周期進行制御2013

    • 著者名/発表者名
      宮崎 裕明、丸中 良典
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] Calcium Homeostasis Modulator 1 (CALHM1) - 味蕾における神経伝達物質ATPの放出経路の分子同定2013

    • 著者名/発表者名
      樽野陽幸、丸中良典、 J Kevin Foskett
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] 細菌機械受容チャネルMscSの人工膜での配向2013

    • 著者名/発表者名
      野村 健、 丸中 良典、曽我 部正博、Boris Martinac
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] 骨格筋細胞におけるインスリン抵抗性への細胞外液pHの関与2013

    • 著者名/発表者名
      早田 洋樹、宮崎 裕明、新里 直美、横山 紀子、丸中 良典
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] ENaC細胞内動態の数理モデル構築による上皮Na+輸送制御機構解明2013

    • 著者名/発表者名
      笹本浩平、新里直美、丸中良典
    • 学会等名
      膜シンポジウム
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131107-20131108
    • 招待講演
  • [学会発表] What is the role of interstitial pH in diabetes mellitus? Improving action of propolis on DM symptom via pH regulation2013

    • 著者名/発表者名
      MARUNAKA Y, Aoi W, Hosogi S, Niisato N, Yokoyama N, Hayata H, Miyazaki H, Kusuzaki K, Taruno A, Nomura T.
    • 学会等名
      The 16th International Symposium on Molecular Medicine
    • 発表場所
      Creta Maris, Hersonissos, Crete, Greece
    • 年月日
      20131010-20131012
    • 招待講演
  • [学会発表] Action of quercetin on cell Function via regulation of chloride ion transport.2013

    • 著者名/発表者名
      MARUNAKA Y, Niisato N, Miyazaki H, Nakajima K, Hosogi S, Tarnu A, Yokoyama N
    • 学会等名
      The 13th International Conference on Functional and Medical Foods with Bioactive Compounds: Science and Practice
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130511-20130512
    • 招待講演
  • [学会発表] Regulation of lysosomal pH and autophagy by cytosolic chloride ions2013

    • 著者名/発表者名
      Hosogi S, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      Japan-Italy Joint Symposium on "Ionic Dynamics in Normal and Tumor Tissues
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130427-20140427
    • 招待講演
  • [学会発表] Significance of interstitial pH in nutrients metabolism2013

    • 著者名/発表者名
      Aoi W, MARUNAKA Y
    • 学会等名
      Japan-Italy Joint Symposium on "Ionic Dynamics in Normal and Tumor Tissues
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20130427-20130427
    • 招待講演
  • [備考] 京都府立医科大学細胞生理学

    • URL

      http://kpum-molecular-cell-physiology.info/

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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