ゲノムワイドなDNAメチル化解析から解明する膵β細胞の恒常性維持メカニズム

2015 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 26461351
• 研究機関: 自治医科大学
• 研究代表者: 西村 渉 自治医科大学, 医学部, 准教授 (00334433)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: DNAメチル化 / 糖尿病 / 遺伝子 / 発現制御 / 細胞・組織 / 膵β細胞 / 内分泌 / 転写因子

研究実績の概要

[目的] DNAメチル化は、発生や生体の恒常性維持に必須である。DNAメチル化／脱メチル化が、遺伝子発現や細胞の機能をどのように制御し、その結果、生体代謝にどのように関与するのかを解析する上で、インスリンという明確な機能マーカーを有している膵β細胞はモデルとして有用である。本研究では、膵β細胞における以下の項目について、DNAメチル化による遺伝子発現制御と生体代謝調節メカニズムをゲノムワイドに解析することにより、エピゲノムと細胞機能との関係の統合的な理解への到達を目標とする。
[方法] 本研究計画では、以下の各課題を明らかにすることにより、DNAメチル化による膵β細胞の恒常性形成・維持機構と、その破綻による病態形成・生理変動メカニズムを明らかにする。
１）膵β細胞株において、DNAメチル化が遺伝子発現に関連している領域の同定
２）膵β細胞の最終分化過程の機能的β細胞の形成における、DNAメチル化の意義の解析
３）糖尿病の膵β細胞障害における、DNAメチル化による遺伝子発現の制御機構の解明
[結果] 1)についての解析結果を、論文発表した（Nishimura et al., J Mol Endocrinol 2015）。しかしこの解析により、膵β細胞株における遺伝子発現変動と、マウス単離膵島における遺伝子発現変動が、必ずしも一致しない事も判明した。本研究では、個体としての生体代謝の調節メカニズムと、膵内分泌細胞におけるエピゲノムによる遺伝子発現制御との関係の解明を目的としている。よって、１）の細胞株の解析より２)、３）のマウス単離膵島の解析を優先させる事とした。そこで、膵内分泌細胞の最終分化過程における変化を解析するため、Agilentのマイクロアレイにより、新生仔期のマウス単離膵島における遺伝子発現変動を網羅的に解析した。その結果、最終分化過程で発現が増強・減弱分子を数多く同定した。

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

当初設定した3つの研究課題のうち、1項目について解析を終え論文として発表し、2項目について解析が進行しているため。

今後の研究の推進方策

平成28年度は、新生仔期の最終分化過程や糖尿病における膵β細胞障害過程について、ゲノムワイドにDNAメチル化とmRNA発現を解析し、さらに高解像度な解析を加え、膵β細胞において遺伝子発現がDNAメチル化の影響を受けていると考えられる領域を同定する。さらに、申請者らが開発した、膵β細胞に蛍光蛋白質を発現するレポーターマウスから分離した純粋β細胞集団を対象にして、同定されたホットスポットや既知の機能分子にフォーカスして、DNAメチル化とmRNA発現、インスリン分泌能の変動を解析することにより、DNAメチル化によるβ細胞の恒常性形成・維持機構と、その破綻による病態形成・生理変動メカニズムを明らかにする。

次年度使用額が生じた理由

平成26年 10月の所属研究機関の変更に伴い、周辺環境への適応ならびに各実験系の再構築が必要となり、実験の実施が遅れたため。

次年度使用額の使用計画

次年度使用額は、膵β細胞において遺伝子発現がDNAメチル化の影響を受けていると考えられる領域の同定のため、新生仔期の最終分化過程の膵β細胞におけるDNAメチル化の網羅的解析と、その高解像度な解析に使用される予定である。

研究成果

• [国際共同研究] ジョスリン糖尿病センター(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ジョスリン糖尿病センター
• [雑誌論文] Mechanism of dendritic translation and localization of brain-derived neurotrophic factor. (2016)
  • 著者名/発表者名: Oe S, Miki H, Nishimura W, Noda Y.
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 41巻 ページ: 23～31
  • DOI: doi: 10.1247/csf.15015
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Demethylation of the MafB promoter in a compromised β-cell model. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishimura W, Ishibashi N, Eto K, Funahashi N, Udagawa H, Miki H, Oe S, Noda Y, Yasuda K.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Endocrinology 巻: 55(1) ページ: 31-40
  • DOI: doi: 10.1530/JME-15-0042.
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Compensatory response by late embryonic tubular epithelium to the reduction in pancreatic progenitors. (2015)
  • 著者名/発表者名: Nishimura W, Kapoor A, Khattabi IE, Jin W, Yasuda K, Bonner-Weir S, Sharma A.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10(11) ページ: e0142286
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0142286.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Paternal allelic mutation at the Kcnq1 locus reduces pancreatic β cell mass via epigenetic modification of Cdkn1c. (2015)
  • 著者名/発表者名: Asahara S, Etoh H, Inoue H, Teruyama K, Shibutani Y, Ihara Y, Kawada Y, Bartolome A, Hashimoto N, Matsuda T, Koyanagi-Kimura M, Kanno A, Hirota Y, Hosooka T, Nagashima K, Nishimura W, Inoue H, Matsumoto M, Higgins MJ, Yasuda K, Inagaki N, Seino S, Kasuga M, Kido Y.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Acaddemy of Scienceof the United States of America 巻: 112(27) ページ: 8332-8337
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1422104112.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Characterization of Syntaxins in Mice and Humans. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miki H, Mochizuki S, Oe S, Nishimura W, Noda Y
  • 学会等名: 第121回日本解剖学会総会・全国学術総会
  • 発表場所: 郡山
  • 年月日: 2016-03-30 – 2016-03-30
• [学会発表] マウス膵β細胞の恒常性維持メカニズム：ヒトにも共通か？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 西村 渉、野田泰子
  • 学会等名: 第121回日本解剖学会総会・全国学術総会
  • 発表場所: 郡山
  • 年月日: 2016-03-28 – 2016-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 高度肥満患者由来の脂肪組織の多層的オミックス解析. (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田和基、宇田川陽秀、南茂隆生、平本正樹、西村 渉、上番増喬、舟橋伸昭、金井弥栄、松本健治、斎藤嘉朗、関 洋介、笠間和典
  • 学会等名: 第36回日本肥満学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-10-03 – 2015-10-03
• [学会発表] 中枢ニューロンにおけるCPEB1 mRNAの樹状突起局在化と翻訳制御. (2015)
  • 著者名/発表者名: 大江 総一、山田久夫、三木玄方、西村 渉、野田泰子
  • 学会等名: 第56回日本組織細胞化学会総会・学術集会
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2015-10-03 – 2015-10-03
• [学会発表] 脂肪細胞培養上清による膵β細胞機能変化. (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇田川陽秀、舟橋伸昭、平本正樹、川口美穂、西村 渉、南茂隆生、安田和基
  • 学会等名: 第36回日本肥満学会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2015-10-02 – 2015-10-02
• [学会発表] 日本人高度肥満患者由来の脂肪組織のオミックス解析. (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田和基、宇田川陽秀、舟橋伸昭、南茂隆生、平本正樹、西村 渉、松本健治、関 洋介、笠間和典
  • 学会等名: 第33回日本肥満症治療学会学術集会
  • 発表場所: 幕張
  • 年月日: 2015-06-27 – 2015-06-27
• [学会発表] 妊婦低栄養とDNAメチル化状態との関連性の検討へ向けて. (2015)
  • 著者名/発表者名: 舟橋伸昭、宇田川陽秀、南茂隆生、西村 渉、川口美穂、矢野 哲、中西美紗緒、箕浦茂樹、福岡秀興、安田和基
  • 学会等名: 第58回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 発表場所: 山口
  • 年月日: 2015-05-23 – 2015-05-23
• [学会発表] 日本人肥満者由来NASH肝の多層的オミックス解析パネルの構築. (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田和基、南茂隆生、平本正樹、西村 渉、宇田川陽秀、上番増喬、舟橋伸昭、金井弥栄、松本健治、斎藤嘉朗、関 洋介、笠間 和典
  • 学会等名: 第2回肝臓と糖尿病・代謝研究会
  • 発表場所: 山口
  • 年月日: 2015-05-23 – 2015-05-23
• [学会発表] 高度肥満患者由来の脂肪組織の多層的オミックス解析. (2015)
  • 著者名/発表者名: 安田和基 、南茂隆生、平本正樹、西村 渉、宇田川陽秀、上番増喬、舟橋伸昭、金井弥栄、松本健治、斎藤嘉朗、関 洋介、笠間和典
  • 学会等名: 第58回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 発表場所: 山口
  • 年月日: 2015-05-21 – 2015-05-21
• [学会発表] 脂肪細胞由来ステロイドホルモンによるGRを介した膵β細胞機能変化. (2015)
  • 著者名/発表者名: 宇田川陽秀、舟橋伸昭、平本正樹、川口美穂、西村 渉、南茂隆生、安田和基
  • 学会等名: 第58回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 発表場所: 山口
  • 年月日: 2015-05-21 – 2015-05-21
• [学会発表] 膵島のゲノム網羅的解析による膵島代償機序/糖尿病発症機序関連因子.の同定. (2015)
  • 著者名/発表者名: 南茂隆生、宇田川陽秀、川口美穂、舟橋伸昭、上番増喬、平本正樹、西村 渉、安田和基.
  • 学会等名: 第58回日本糖尿病学会年次学術集会
  • 発表場所: 山口
  • 年月日: 2015-05-21 – 2015-05-21