本研究は、脳の血糖値感知におけるグルコースセンシング神経の役割に着目し、肥満による機能低下のメカニズムを分子レベルで解明することを目的とする。先行研究で同定された新規分子Aは、グルコースセンシング神経の活性化を促進し、インスリン感受性を高める可能性が示唆されている。
2024年度は、分子Aの役割を詳細に検討するため、2種類のグルコース応答性神経特異的な分子A欠損(KO)マウスを作製した。1つ目のマウスは、分子A遺伝子のfloxマウスとArg3.1-CreER^T2マウスを交配させ、グルコース投与で活性化された神経細胞において特異的に分子A遺伝子を欠損させた。2つ目のマウスは、分子Aのfloxマウスの視床下部腹内側核 (VMH) にAAV-Creを投与し、VMH選択的に分子A遺伝子を欠損させた。
これらのKOマウスの生理学的パラメータを調べた結果、両種類のKOマウスにおいて糖代謝の悪化が認められ、分子Aが全身の糖代謝を亢進させるという仮説を支持する結果が得られた。また、分子AがWNTシグナルを増幅させることから、WNTシグナルの阻害剤が分子Aの糖代謝亢進作用を低下させるかを検討し、分子AがWNTシグナルを介して糖代謝調節を行うことを明らかにした。
さらに、分子AがVMHの神経活動に与える影響を評価するため、腹内側核におけるfiber photometryおよびin vivoカルシウムイメージングによって神経活動をリアルタイムで測定し、分子Aの欠損がグルコース応答にどのように影響するかを解析している。
加えて、血糖値の増加が脳全体の神経活動に与える影響を網羅的に明らかにするため、cfos免疫染色を脳全体に対して行った。得られた画像データからcfos陽性細胞の数を効率的に定量するため、半自動解析パイプラインQUINTを立ち上げ、適用した。
また、糖尿病患者が治療の副作用として直面する重症低血糖の予防を目指し、低血糖に対する視床下部の役割および低血糖センシングメカニズムについても研究した。低血糖時に視床下部のメタボローム解析を行うと、特定のアミノ酸が減少することを発見し、そのアミノ酸を補うことが低血糖予防につながることを見出した。頻回に低血糖を経験するマウスモデルに、低血糖で減少したアミノ酸を投与することで、重症低血糖を防ぐことができた。アミノ酸の投与方法としては、腹腔内への注射だけでなく、鼻からの投与でも同様の効果が得られることも発見した。