【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】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)