【研究領域課題番号】20K08325 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵臓 / ドパミン / ヘテロ性 / β細胞 / インスリン / ROS / 脱分化 / 糖尿病 / 膵島 / ドーパミン

【研究成果の概要】

1型糖尿病や2型糖尿病の治療に対し膵島や膵臓移植が有効な治療法である。しかし、ドナー不足がこれらの治療法を広く利用することの妨げになっているため、胚性幹細胞（ES細胞）や人工多能性幹細胞（iPS細胞）からの膵β細胞分化誘導法が近年の研究により確立されつつある。
一方でヒトiPS細胞由来β様細胞への分化誘導細胞が試験管内で成熟度を長期間保持することは困難であり、誘導されたインスリンを分泌できる細胞群を用いて糖尿病モデルマウスへの移植実験を行うと移植後に移植された細胞の細胞死や脱分化によりインスリン分泌を維持でない現状がある。
我々が着目するドパミンを介するβ細胞間のシグナル伝達は移植後の細胞機能が維持できない問題点を改善する一因であると考えている。膵島内でのドパミン合成に関与する酵素であるTyrosine Hydroxylase（TH）陽性細胞は全膵島細胞中の5%以下しか存在しない。これまでの研究の中で膵臓β細胞内外のドパミン濃度はインスリン分泌の抑制や細胞の成熟度、細胞死の誘導を制御するうえで重要な因子である。TH陽性細胞と陰性細胞間のドパミンの受け渡しによる細胞集団としての膵島の細胞間相互作用を理解することはiPS細胞を用いた臓器再生に向け重要であると考えている。今年度は、前年度までに得たTH陽性細胞に隣接するTH陰性のβ細胞の機能低下について分子生物学的手法を用いて研究を進めるとともに一部にTH陽性細胞を含む膵島細胞集団としての機能評価も併せて行った。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2020-04-01 - 2023-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究領域課題番号】18H02154 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

DOHaD / iPS細胞 / アミノ酸 / 膵臓 / 糖尿病 / 妊娠 / DOHAD / ヒトiPS細胞 / メチオニン / マウス / 微量元素 / DoHAD / iPS / 栄養環境 / リスク評価

【研究成果の概要】

我々は、ヒトの発生分化を模倣するiPS細胞を用いて栄養環境リスク評価系を構築し、栄養の過不足が臓器形成・機能に与える影響を定量的な評価を目指した。ヒトiPS細胞を用いた検討から単一アミノ酸を膵臓分化中期に単独で制限することでインスリン分泌臓器である膵臓β細胞への分化が阻害されることを見出した。これらは母親の摂取カロリー不足による子の糖尿病発症リスクの主原因と考えることが出来る。さらに、妊娠マウスを用いた検討で胎生期に限られた期間の単一アミノ酸制限が仔マウスの糖代謝異常を引き起こすことを見出した。以上より、iPS細胞分化系は胎生期における栄養環境リスク評価に充分に利用可能であることが確認できた。

【研究の社会的意義】

本研究で開発したヒトiPS細胞分化系を用いた栄養環境リスク評価系とマウスを用いた検証手法を利用することで、胎生期の至適栄養環境を探ると共に糖尿病発症リスクを軽減する栄養介入法を見出すことが可能となり、健康寿命延伸研究を進める上での有用なツールとなる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究領域課題番号】18K16245 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糖尿病 / β細胞 / β細胞量 / 膵臓

【研究成果の概要】

福岡県久山町における剖検例の成績を用いて、生前に75g経口糖負荷試験により評価された耐糖能レベル及び糖代謝指標とβ細胞量の関連について検討した。生前の耐糖能レベルは正常耐糖能（40名）、境界型（空腹時血糖異常または耐糖能異常、31名）、糖尿病（32名）に分類した。β細胞量の指標として評価したβ細胞面積は正常耐糖能、境界型、糖尿病となるに従って段階的に減少し、糖代謝指標と関連していた。

【研究の社会的意義】

近年1型、2型糖尿病ではともに膵β細胞量が減少していることが報告され、β細胞の障害が糖尿病に共通した病態であることが強く示唆されている。しかしながら、日本人における糖代謝関連因子とβ細胞量との関係は十分に明らかでない。本検討での耐糖能の悪化に伴うβ細胞量の段階的な減少を示した結果は、2型糖尿病の発症前段階からβ細胞量を維持する治療戦略の重要性を示唆する。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2020-03-31

【配分額】3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)

【研究領域課題番号】18H02861 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵臓β細胞 / ドパミン / VMAT2 / インスリン分泌 / 膵臓 / 内分泌細胞 / 血糖維持 / 分化 / 多能性幹細胞 / インスリン / 糖代謝 / 増殖 / 膵臓分化 / 内胚葉 / 糖尿病 / 分化誘導 / 恒常性維持 / 分泌

【研究成果の概要】

膵臓β細胞の恒常性維持の分子基盤の解明を目指し、膵臓β細胞特異的なVMAT2遺伝子変異マウスの解析を進めた。変異マウスでは、細胞内ドパミンが減少し、糖応答性インスリン分泌が上昇した。高脂肪食を給餌した条件では、β細胞の脱分化、β細胞死や耐糖能の悪化が認められた。詳細な解析の結果、糖応答性インスリン分泌とともにドパミンが分泌されるが、VMAT2の欠失β細胞では、再取り込みされたドパミンは分泌小胞に格納されずに、細胞内の分解酵素MAOにより分解され、ROSが発生する。高脂肪食条件では、インスリン分泌が亢進し、次第にβ細胞はROSにより脱分化、そしてβ細胞死が引き起こされることに至ることが分かった。

【研究の社会的意義】

VMAT2-ドパミンシグナルは膵臓β細胞の分化抑制シグナルとして働くのみならず、β細胞の量を制御するシグナルでもあり、糖応答性インスリン分泌を負に制御するシグナルである。一方、VMAT2-ドパミンシグナルを欠くと、糖応答性インスリン分泌が亢進した。高脂肪食給餌条件下では、β細胞特異的VMAT2遺伝子変異マウスは、対照の野生型よりも早く耐糖能の改悪を示し、β細胞の脱分化、脱落を引き起こした。これらの結果から、膵臓β細胞を正常に維持するためには、負に制御するシグナルが重要な役割を果たすことが示された。膵臓β細胞の恒常性維持のためには、その機能を適宜に制御することが重要であることが示された。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,290千円 (直接経費: 13,300千円、間接経費: 3,990千円)

【研究分野】消化器内科学

【研究領域課題番号】17K09455 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵臓 / インスリン / ドーパミン / GPCR / iPS細胞 / 分化 / 膵β細胞 / iPS / 脱分化 / 糖尿病 / 再生医療

【研究成果の概要】

ヒトiPS細胞から分化誘導したβ様細胞への分化効率の上昇と成熟度の向上にドーパミンの合成阻害剤やドーパミンを貯留するためのトランスポーター（VMAT2）の阻害剤の培地中への添加が効果的である。脱分化の進行を抑制することが主たる効果であった。
β様細胞の分化、成熟化の過程でみられる弱いインスリン分泌は細胞の成熟化を促進する遺伝子の発現上昇とともに、同時進行する脱分化を促進することを明らかにした。また、VMAT2を膵β細胞でのみ欠失するマウスの解析実験により生体内では生後も成熟化・脱分化をβ細胞毎に違うバランスにおくことで一部のβ細胞だけが膵臓内で機能することが示唆された。

【研究の社会的意義】

β細胞が主たる構成要素である膵島は内部のβ細胞が均一な分化・成熟化レベルではない。高い成熟度を維持し続けることは、β細胞の脱分化・細胞死につながることを本研究におけるマウス個体を用いた実験で実証した。今後、再生医療にヒトiPS細胞由来β様細胞を使用するうえで、より長期的かつ生体内に近い血糖値維持を達成するためには、生体内における膵島内の細胞間相互作用を理解、再現することが必要不可欠である。モノアミンを介した細胞間相互作用機構の一部を解明することができたことは、再生医療の実現化に貢献できたと考える。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】代謝学

【研究領域課題番号】26253059 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

多能性幹細胞 / 分化誘導 / 糖尿病 / 再生医療 / 膵臓 / 代謝 / 増殖 / モノアミン / ドパミン / インスリン / 化合物 / 再生医学 / 膵β細胞 / 膵臓β細胞

【研究成果の概要】

本研究ではヒトiPS細胞から十分な機能を持つ膵臓β細胞を作成するために、分化誘導の促進化合物の同定、作用機序の解明を目指した。また、代謝による分化促進の利用により成熟度の高い膵臓β細胞の作成を目指した。その結果、新規にWnt シグナルがβ細胞の分化に対して促進効果があること、マウスES細胞の系で見られたVMAT2-モノアミンによる分化抑制効果はヒトiPS細胞の分化誘導系にも存在することを見出した。また、成体膵島におけるドパミンD2受容体を介した膵臓内分泌β細胞の量を負に制御する機序が存在し、この機序は、Gタンパク共役受容体であるアデノシン受容体A2Aの抑制にもカップルしていることが分かった。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】41,340千円 (直接経費: 31,800千円、間接経費: 9,540千円)

【研究分野】外科学一般

【研究領域課題番号】25253079 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵臓 / 膵島移植 / 三次元培養 / 血管 / iPS細胞 / 内胚葉前駆細胞 / 糖尿病 / 膵島 / 分化誘導 / 膵前駆細胞

【研究成果の概要】

我々は、器官発生の初期プロセスで生じる血管および間葉系細胞との相互作用の再現化により、立体的なヒト組織再構成法を開発している（Nature 499:481-484,2013）。この革新的な三次元培養法を活用し、三次元的な膵島組織を人為的に構築するための細胞操作技術を開発することを試みた。マウスおよびヒト膵島を対象として、複数の膵島のクラスタリング技術および血管化促進技術の開発を行い、複数の膵島を凝集させ、その周囲に血管様構造を形成させることに成功した。作製した血管化膵島を劇症I型糖尿病モデルマウスに移植することにより、生存率の著しい向上が得られることを明らかにした。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】44,590千円 (直接経費: 34,300千円、間接経費: 10,290千円)

【研究分野】内分泌学

【研究領域課題番号】24790949 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ES・iPS細胞 / 膵β細胞 / インスリン / 糖尿病 / 低分子化合物 / モノアミン / 膵臓 / β細胞 / VMAT2 / ｃAMP / ES・iPS / 膵 / ES / iPS

【研究成果の概要】

本研究では、1200の低分子化合物の中からVMAT2阻害剤にマウスES細胞から膵β細胞を分化誘導する効果が高める効果があることを見つけました。VMAT2は細胞内小胞に存在するモノアミン量を調節する因子です。そして、膵β細胞が糖濃度に応じてインスリンを分泌する能力を促進する化合物も見つけました。これらの2種類の化合物を併用して分化湯堂を行い、糖尿病モデルマウスへ移植したところ正常な血糖値に回復しました。今後、この研究で得られた情報をもとにヒトiPS細胞からの膵β細胞の分化誘導を進め、将来的な臨床応用に貢献できるよう研究を進めます。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】消化器内科学

【研究領域課題番号】22790653 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ES細胞 / 膵臓 / β細胞 / インスリン / 糖尿病 / 低分子化合物 / スクリーニング / 発生・分化 / 再生医学 / 細胞・組織

【研究成果の概要】

マウスES細胞から膵β細胞を誘導する手法の効率化は将来的にヒトの糖尿病治療に有効な知見を得るために重要な研究である。我々は、1300種の低分子化合物からβ細胞の誘導効率を上昇させる化合物をスクリーニングした。その結果、10個のヒット化合物を発見し、これらの作用から特定の生体内の経路がβ細胞への細胞分化とインスリンの分泌能に深くかかわることを見出した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】内分泌学

【研究領域課題番号】16590904 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

糖尿病 / 膵臓 / Notch / RBP-J / β細胞 / インスリン / Notch1 / Notch2

【研究成果の概要】

1型糖尿病の細胞移植治療のために、β細胞の発生分化機構の解明が必要である。Notch系の分子のRBP-Jの全身性遺伝子欠損マウスは胎生10日目の、膵の発生の初期に致死となり、膵の異常が指摘されている。胎生致死で詳細な解析が困難であるために、Notch系の関与の詳細は不明である。本研究では、膵におけるNotch-RBP-J系の意義を検討した。
Notch2遺伝子発現は膵管細胞に高濃度に認められた。β細胞の前駆細胞の膵幹細胞は膵管に存在することが示唆されており、Notch2が膵幹細胞の未分化性の維持に関与している可能性を示唆した。しかし、Pdx1プロモーター特異的Notch2遺伝子欠損マウスを作製、解析したが、膵で形態学的に、異常は認められなかった。
Pdx1promoter RBP-J遺伝子欠損マウスでは、胎生11.5には、グルカゴン陽性細胞、PP陽性細胞が対照より多く出現することを認めた。胎生15には、膵管細胞をより多く認めた。生まれたマウスの膵は小さくβ細胞は著明に減少しいて、インスリン分泌低下型糖尿病を呈した。rat insulin II promoter(RIP)Creマウスと交配で得られたRBP-J遺伝子欠損マウスでは、膵でほぼ完全にRBP-J遺伝子が欠損していることをサザンブロット解析で確認したが、異常は全く認められなかった。
以上の結果より、膵の発生過程で、Notch2は必須ではないことを示され、膵の発生過程では、Notch2ではなくNotch1が必須であるか、両者が互いに代償し合っている可能性が示唆された。Pdx1promoter RBP-J遺伝子欠損マウスの結果より、膵でNotch/Rbp-jシグナルは内分泌細胞・膵管細胞の早期分化を抑制し膵前駆細胞プールを維持する役割があることが示唆された。また、インスリンを発現する成熟β細胞では、Notch/Rbp-jシグナルが特に生理的な役割を果たしていないことが示唆された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】外科学一般

【研究領域課題番号】14207046 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膵臓 / 再生 / 幹細胞 / 糖尿病

【研究成果の概要】

「膵再生」による糖尿病治療の臨床応用に向けた基盤技術の開発を目的として、単離した膵細胞集団の中から、極少数しか存在せずかつ形態によって区別することが難しい多能性を持つ膵幹細胞(pancreatic stem cell)を、FACS(fluorescence activated cell sorter)を用いた精度の高い細胞分離法により純化・回収し、それらの分化・増殖・自己複製機構を解析することを試みた。マウス新生児膵臓より分離したc-Met+Flk-1-c-Kit-CD45-TER119-細胞中に、高い増殖能と複数の膵細胞系列への多分化能を兼ね備えた膵幹/前駆細胞が限定的かつ高頻度に存在すること、さらにそれらがin vivoにおける組織再構築能を有することを確認した。一方、細胞分化の可塑性を利用した手法として、マウス胎児腸管上皮細胞を分化誘導因子を添加して培養し、RT-PCR、免疫染色法によりインスリン発現を検討した。その結果、膵・細胞の分化誘導作用を有するglucagon like peptide-1(GLP-1)(1-37)に、インスリン発現誘導作用があることが明らかになった。腸管上皮細胞由来のインスリン産生細胞は、培養液中にインスリンを分泌しており、グルコース応答性を有することが判明した。妊娠マウスへの投与実験でも、GLP-1(1-37)は胎児腸管上皮におけるインスリン産生細胞の分化誘導作用を有することが確認された。さらに、インスリン産生細胞を誘導した腸管組織を糖尿病マウスの腹腔内に移植したところ、血糖値降下作用や体重減少抑制作用などの治療効果が観察された。すなわち、腸管上皮細胞の可塑性を利用することにより、膵外組織において異所性にインスリン産生細胞を誘導することが可能であり、糖尿病に対する再生医学的アプローチとして期待がもてると考えられた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2002 - 2004

【配分額】43,680千円 (直接経費: 33,600千円、間接経費: 10,080千円)