蛍光標識グルコースを用いた単一細胞のグルコース取り込み・機能連関の解析

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従来、細胞膜を介したグルコース輸送ならびに組織のグルコース利用に関する研究は、主に放射性標識したグルコース誘導体を用いて行われてきた。これらの方法は優れた定量性をつが、単一細胞レベルでの分析が困難であった。申請者らは単一細胞におけるグルコース取り込みのリアルタイム計測を行う目的で、2-デオキシグルコースに蛍光標識した2-(N-(nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)amino)-2-deoxyglucose(2-NBDG)を用いた。その結果、まず哺乳動物細胞のグルコーストランスポーター(GLUT)を介して、グルコースと類似したキネティクスをもって細胞内に取り込まれること初めて明らかにした。次に2-NBDGとCa^<2+>指示薬であるfura-2を用いることにより、ラット単一膵島細胞におけるグルコースの取り込みおよび細胞内Ca^<2+>濃度の変動のリアルタイム計測を試みた。その結果、高グルコース刺激によりインスリン分泌を示すようなグルコースセンサー機能を有するGLUT2発現膵β細胞は、グルコース刺激に対して細胞内カルシウム濃度上昇を示すと同時に、α細胞に比べてはるかに多くの2-NBDGを取り込むことが明らかになった。これらの結果は、単一細胞レベルでグルコース取り込みと細胞機能の同時評価を行った国内外で初めての試みであり、J.Biol.Chem(275:22278,2000)に掲載された。本研究ではさらに、代謝阻害剤を用いて、グルコース刺激によるインスリン分泌にはグルコースの取り込みとそれに続く代謝が重要であるというグルコース代謝説を直接支持する結果も得た。現在、2-NBDGを用いて、現在未だに十分に解明されていない神経活動とグルコースの取り込みとの相関を、単一細胞レベルあるいはスライスで観察を試みている。