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2014 年度 実施状況報告書

時計遺伝子DBP/E4BP4を介した膵β細胞による糖代謝制御機構

研究課題

研究課題/領域番号 26460489
研究機関山口大学

研究代表者

太田 康晴  山口大学, 医学部, 准教授 (60448280)

研究分担者 田口 昭彦  山口大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (20634744) [辞退]
秋山 優  山口大学, 医学部附属病院, 助教 (90717547)
研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード生体リズム / インスリン分泌 / DBPシグナル
研究実績の概要

膵β細胞機能もコア時計遺伝子により制御されていることが報告されたが、その制御機構には不明な点が多い。我々は、マウスインスリン1プロモーター下で転写抑制系の時計遺伝子E4BP4を発現するトランスジェニックマウス(以下TG)を作製し、インスリン分泌不全による耐糖能障害の表現系を明らかにするとともに、そのインスリン分泌障害のメカニズムに関しての解析を行った。10コピーのトランスジーンをもつCライン、3コピーのトランスジーンをもつDラインはともに有意な高血糖をきたすが、高脂肪食負荷によってCラインではより顕著な高血糖が認められたため、耐糖能障害の程度に対するE4BP4のgene-dosage effectがより明確となった。Static incubation法によるインスリン分泌実験では、TGの高グルコース刺激に対するインスリン分泌量の低下が認められたが、高カリウム刺激に対しては有意なインスリン分泌量の低下は認められなかった。膵灌流実験では、TGにおいてインスリン分泌第1相の遅延と分泌量の低下が認められた。Cラインでは、インスリン含量及びβ細胞量の低下、β細胞数の減少とラ氏島の構造異常が認められた。単離ラ氏島のリアルタイムRT-PCRによる、時計関連遺伝子、インスリン分泌関連遺伝子の発現とその概日リズムの解析を行った。幾つかのインスリン分泌に関連する遺伝子の発現は、マウスが摂食を開始するZeitgebertime12に向かって徐々に発現が増加する傾向が認めらるが、 Cラインから単離したラ氏島では、それらの遺伝子発現の増加が認められなかった。時計遺伝子の発現リズムの異常がインスリン分泌不全を伴う耐糖能障害を引き起こす際に、DBPの転写活性化シグナルが重要な役割を担っており、特にfirst mealに対する速やかなインスリン分泌の準備において重要であることが示唆された。

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

マウスインスリンⅠプロモーター下で転写抑制系の時計遺伝子E4BP4を発現するトランスジェニックマウス(MIP-E4BP4マウス)を作製し、現在、なお解析中ではあるが、このマウスがインスリン分泌不全による耐糖能障害をきたすことは確実であり、糖代謝におけるMIP-E4BP4マウスの糖代謝における表現型はほぼ明らかにできていると考えている。野生型マウスの膵ラ氏島におけるDBP mRNAの発現は、摂食開始時に最大となり、E4BP4 mRNAの発現は、摂食開始時に最小となる概日リズムを示すことから、DBPの転写活性化シグナルは、摂食開始時から数時間の間に最大となると考えられる。この時間帯で、野生型のラ氏島では、インスリン分泌に関連する幾つかの遺伝子(Glut2、Rab37など)の発現は、1日のうちで最も増加するが、MIP-E4BP4マウスのラ氏島ではこれらの遺伝子の増加が認められない。MIP-E4BP4マウスでは、膵β細胞特異的に過剰発現した転写抑制因子であるE4BP4が競合的にD-boxに結合するため、DBPシグナルが膵β細胞特異的にほぼ欠失されていることが想定される。DBPシグナルの欠失によって、インスリン分泌に関連する幾つかの遺伝子発現が低下し、インスリン分泌不全、特にfirst mealに対するインスリン分泌不全が引き起こされていると考えることができる。つまりDBPシグナル活性が十分でない時間帯に摂食を繰り返すことにより、高血糖が増悪し、糖尿病の発症や進行につながる可能性がある。以上のことより、時計遺伝子異常が膵β細胞機能不全ひいては糖尿病を引き起こす経路の一端を解明しつつあることから、概ね、計画通りに研究が遂行出来ていると考えている。

今後の研究の推進方策

第一にMIP-E4BP4マウスにおけるインスリン分泌不全のメカニズムをより明らかにしたいと考えている。このマウスでは、高カリウム刺激でのインスリン分泌には有意な変化が認められないことから、グルコース取り込みからグルコース代謝を経て、KATPチャネルの閉鎖に至るまでの段階になんらかの障害が生じていると考えている。現在、単離ラ氏島におけるATP/ADP比の計測を行っており、この比に異常が認められれば、グルコース取り込み、グルコース代謝、ミトコンドリア機能のいずれかのステップでの障害がインスリン分泌障害を引き起こしている可能性が高くなると考えている。ChIPシークエンス解析の結果から、ATPとADPの変換に影響を与えると思われる分子で、DBPシグナルによって直接的に発現調節されていると思われる候補が見つかっており、この分子をアデノウイルスの系を用いて単離膵ラ氏島に過剰発現させる実験や、shRNAを発現させる実験を行って、機能解析を進めていきたい。できればこの分子の遺伝子欠損マウスの作製を試みたい。また、MIP-E4BP4マウスの膵ラ氏島を用いたマイクロアレイやChIPシークエンス解析はすでに行っているが、RNAシークエンスによる網羅的解析はまだ行えていない。RNAシークエンスによって、網羅的解析も引き続き進めていきたい。特にZeitgebertime12近辺のサンプルを用いることによって、より情報量が多いデータが得られる可能性が高いと考えており、できればこの時間帯のサンプルを用いて解析を進めたい。

次年度使用額が生じた理由

使用したマウスの個体数が当初予定していたよりも少なく、その分、動物飼育費も予定していたよりも少なかった。論文も何度か投稿したが、publishに至らなかったため、それにかかる費用も発生しなかった。

次年度使用額の使用計画

2015年6月にアメリカ糖尿病学会(ボストン)で発表することが決まっており、その旅費に充てたい。また、一部は論文発表にかかる経費にも充てたいと考えている。

  • 研究成果

    (11件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] Wolfram syndrome in the Japanese population; molecular analysis of WFS1 gene and characterization of clinical features.2014

    • 著者名/発表者名
      Matsunaga K, Tanabe K, Inoue H, Okuya S, Ohta Y, Akiyama M, Taguchi A, Kora Y, Okayama N, Yamada Y, Wada Y, Amemiya S, Sugihara S, Nakao Y, Oka Y, Tanizawa Y.
    • 雑誌名

      PLoS One

      巻: 9 ページ: e106906

    • DOI

      10.1371

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] DBP/E4BP4 signaling has a pivotal role in the development of beta-cell failure caused by circadian disruption2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuharu Ohta, Takuro Matsumura, Akihiko Taguchi, Hiroko Nakabayashi, Masaru Akiyama, Risa Sutomi, Akie Yanai, Kou Shinoda, Yukio Tanizawa
    • 学会等名
      THE 10TH IDF-WPR CONGRESS AND 6TH AASD SCIENTIFIC MEETING
    • 発表場所
      Suntec, Singapore
    • 年月日
      2014-11-21 – 2014-11-24
  • [学会発表] 小胞体ストレス下において、アドレノメデュリンは膵β細胞保護作用を示す2014

    • 著者名/発表者名
      末冨吏佐、秋山 優、太田康晴、中林容子、近藤 学、幡中雅行、谷澤幸生
    • 学会等名
      第29回日本糖尿病合併症学会
    • 発表場所
      都市センターホテル(東京)
    • 年月日
      2014-10-03 – 2014-10-04
  • [学会発表] DBP/E4BP4 signaling plays a pivotal role in the development of beta-cell failure caused by circadian disruption2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuharu Ohta, Akihiko Taguchi, Hiroko Nakabayashi, Masaru Akiyama, Takuro Matsumura, Risa Suetomi, Akie Yanai, Kou Shinoda, Yukio Tanizawa
    • 学会等名
      Islet Study Group Meeting-IGS2014
    • 発表場所
      Lausanne, Switzerland
    • 年月日
      2014-09-12 – 2014-09-14
  • [学会発表] 膵島炎症に対するn-3 PUFAの抑制効果とその発現機構の解明2014

    • 著者名/発表者名
      椎木幾久子 田部勝也 永尾優子 秋山優 太田康晴 谷澤幸生
    • 学会等名
      第57回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
  • [学会発表] 膵β細胞でのアドレノメデュリンシグナルは小胞体ストレスに対して保護作用を示す2014

    • 著者名/発表者名
      末富吏佐 秋山優 太田康晴 中林容子 近藤学 幡中雅行 谷澤幸生
    • 学会等名
      第57回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
  • [学会発表] 膵β細胞特異的E4BP4過剰発現マウスを用いた時計遺伝子を介する新たなインスリン分泌調節機構2014

    • 著者名/発表者名
      太田康晴 田口昭彦 中林容子 秋山優 末富吏佐 谷澤幸生
    • 学会等名
      第57回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
  • [学会発表] 全エキソーム解析によるWolfram症候群の新たな原因遺伝子同定の試み2014

    • 著者名/発表者名
      田口昭彦 田部勝也 松永仁恵 太田康晴 細道一善 井上逸郎 谷澤幸生
    • 学会等名
      第57回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
  • [学会発表] 3種類のDPP4阻害薬の使用状況および血糖改善に寄与する因子の検討2014

    • 著者名/発表者名
      永尾優子、田口昭彦、太田康晴、奥屋 茂、谷澤幸生、山口県CHOUSHU-5研究会
    • 学会等名
      第57回日本糖尿病学会年次学術集会
    • 発表場所
      大阪国際会議場(大阪市)
    • 年月日
      2014-05-22 – 2014-05-24
  • [学会発表] 時計遺伝子DBP/E4BP4による膵β細胞機能調節2014

    • 著者名/発表者名
      田口昭彦 太田康晴 山本将義 薄陽祐 中林容子 谷澤幸生
    • 学会等名
      第87回日本内分泌学会学術総会
    • 発表場所
      福岡サンパレス(福岡市)
    • 年月日
      2014-04-24 – 2014-04-26
  • [図書] レジデントノート増刊 糖尿病診療でみんなが困る疑問を集めてみました2015

    • 著者名/発表者名
      坂根直樹、柳澤克之、荒木厚、岡田朗、太田康晴、遅野井健、大森一乃、吉岡成人、杉本正毅、和栗雅子、山辺瑞穂、廣澤裕代、三玉康行、八幡芳和、小林哲郎、山内惠子、村尾孝児、井町仁美、山田悟、宇佐見啓治
    • 総ページ数
      244(34~39)
    • 出版者
      羊土社

URL: 

公開日: 2016-05-27  

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