Verification of DOHaD theory from the perspective of fatty acid metabolism in pancreatic beta cells and application to diabetes regenerative medicine

从胰腺β细胞脂肪酸代谢角度验证DOHaD理论及其在糖尿病再生医学中的应用

• 批准号: 22K16395
• 负责人: 佐々木 周伍
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K16395/
• 关键词: 膵β細胞; iPS細胞; 脂肪酸代謝; 糖尿病; DOHaD

マウスの胎生後期（16.5日）β細胞のシングルセル・トランスクリプトーム解析によって、分化早期β細胞が脂肪酸代謝関連遺伝子（Abcd3, Crot, Hadh, Acly, Mlxipl）を高発現している時期があることを見出した。なかでもMlxiplはChREBPをコードする遺伝子であり、ChREBPは解糖系・脂質生合成（de novo lipogenesis）系酵素遺伝子の発現を誘導することで、糖質から脂肪への変換を促進する糖応答性転写因子であることが知られている。そこで、シングルセル解析結果を解糖系、脂質合成系に着目し、さらに詳細に解析した。擬時間解析の結果、β細胞の分化に伴い、解糖系酵素Gck, Pfkm, Ldha, Ldhbの遺伝子発現は不変または低下している一方で、脂肪合成酵素であるMlxipl, Srebf1, Acly, Acaca, Mcat, Fasnの遺伝子発現は増加していることが明らかになった。このことから、β細胞分化が進むにつれ、ChREBPの発現上昇を中心とした脂質合成経路が活性化することが示唆された。次に、ヒト細胞でのβ細胞分化・成熟過程における脂質代謝変化についてヒトiPS細胞を用いて検討した。分化22日のヒトiPS細胞由来β細胞において、MLXIPLをはじめとした脂質合成関連遺伝子の発現上昇が認められた。さらに細胞内脂肪合成後の結果である脂肪滴もβ細胞分化に伴った増加が観察され、合わせて脂肪滴形成に必要な遺伝子PLIN2も分化段階に合わせた発現上昇が認められた。以上から、マウスのみならずヒト細胞でも同様にβ細胞分化・成熟過程における脂質合成の重要性が明らかとなった。現在、炎症性サイトカイン等を用いた妊娠糖尿病の培養皿上での再現に関する検討、小分子などを用いた脂質代謝経路への介入によるヒトiPS細胞由来β細胞分化誘導効率の改善を目指している。

β-cells in the postnatal period (16.5 days) are highly expressed in fatty acid metabolism-related genes (Abcd3, Crot, Hadh, Acly, Mlxipl) in the early stage of differentiation. ChREBP induces the production of enzymes responsible for the hydrolysis of carbohydrates and lipid biosynthesis, and promotes the conversion of carbohydrates and lipids. The analysis results of sugar and lipid synthesis were analyzed in detail. Results of time analysis, β-cell differentiation, glycophytic enzymes Gck, Pfkm, Ldha, Ldhb gene expression did not decrease, liposynthetic enzymes Mlxipl, Srebf1, Acly, Acaca, Mcat, Fasn gene expression increased. The development of β-cell differentiation and the increase of ChREBP in the central lipid synthesis pathway are also indicated. In the process of differentiation and maturation of beta cells, lipid metabolism changes in iPS cells. On the 22nd day of differentiation, iPS cells originated from beta cells, MLXIPL, and the expression of lipid synthesis-related genes increased. As a result of intracellular fat synthesis, fat drop β-cell differentiation increased, and fat drop formation increased, and protein PLIN2 differentiation increased. The importance of lipid synthesis in the differentiation and maturation of beta cells is also evident. Now, inflammatory cytokines are used in the reproduction of gestational diabetes mellitus in culture, and small molecules are used in the intervention of lipid metabolism pathways to improve the induction rate of beta cell differentiation from iPS cells.

项目成果

Spatial and transcriptional heterogeneity of pancreatic β-cell neogenesis revealed by a time-resolved reporter system

时间分辨报告系统揭示胰腺β细胞新生的空间和转录异质性

• 发表时间: 2022
• 作者: 蓑田 洋介;伊原 栄吉;小川 佳宏;佐々木周伍;Shugo Sasaki
• 通讯作者: Shugo Sasaki

リアルタイム・シングルセルトランスクリプトーム解析が明らかにしたβ細胞新生の特徴と再生医療への応用

实时单细胞转录组分析揭示β细胞新生的特征及其在再生医学中的应用

• 发表时间: 2022
• 作者: 村井 康久;Ukhyun Jo;村井 純子;Lisa M. Jenkins;Shar-Yin N. Huang;Sirisha Chakka;Lu Chen;Ken Cheng;櫻庭 裕丈;福田 眞作;Naoko Takebe;Yves Pommier;佐々木周伍
• 通讯作者: 佐々木周伍

リアルタイム・シングルセルトランスクリプトーム解析が明らかにした新生β細胞の特徴とニッチ

实时单细胞转录组分析揭示新生儿β细胞的特征和生态位

• 发表时间: 2022
• 作者: Yosuke Minoda;Xiopeng Bai;Eikichi Ihara;Yusuke Kimura;Haruei Ogino;Yoshihiro Ogawa;佐々木周伍
• 通讯作者: 佐々木周伍

Spatial and transcriptional heterogeneity of pancreatic beta cell neogenesis revealed by a time-resolved reporter system

• DOI: 10.1007/s00125-022-05662-0
• 发表时间: 2022-03-03
• 期刊: DIABETOLOGIA
• 影响因子: 8.2
• 作者: Sasaki, Shugo;Lee, Michelle Y. Y.;Miyatsuka, Takeshi
• 通讯作者: Miyatsuka, Takeshi