文献情報
文献番号
199900331A
報告書区分
総括
研究課題名
糖尿病発症に関与する遺伝子の単離・同定に関する研究
課題番号
-
研究年度
平成11(1999)年度
研究代表者(所属機関)
春日 雅人(神戸大学医学部)
研究分担者(所属機関)
- 池上博司(大阪大学医学部)
- 岩崎直子(東京女子医科大学)
- 岡芳知(山口大学医学部)
- 門脇孝(東京大学大学院)
- 三家登喜夫(和歌山県立医科大学)
- 清野進(千葉大学大学院)
- 清野裕(京都大学大学院)
- 武田純(群馬大学生体調節研究所)
- 花房俊昭(大阪大学大学院)
- 山田信博(筑波大学医学部)
研究区分
厚生科学研究費補助金 総合的プロジェクト研究分野 ヒトゲノム・遺伝子治療研究事業
研究開始年度
平成10(1998)年度
研究終了予定年度
平成12(2000)年度
研究費
148,000,000円
研究者交替、所属機関変更
-
研究報告書（概要版）
研究目的
糖尿病は遺伝素因を背景に環境要因の負荷が加わって発症する。本研究は日本人糖尿病の発症に関与する遺伝子の単離ならびに同定を目的とする。日本人における糖尿病患者数は戦後増加の一途をたどっており、2010年には1996年の約2倍の1174万人、40歳以上の成人の16.5%に達すると予測されている。現在、我が国において糖尿病患者の急増に伴い糖尿病網膜症による失明者数は年間約3000人以上に上っており、腎症による新規透析導入例は9000人を超える勢いで、本人のquality of lifeの障害のみならず医療経済においても糖尿病関連医療費の急増の主要因となっている。従って、日本人糖尿病の遺伝素因を解明することにより、その発症を予知し予防することは医学的のみならず、社会的にも、さらに医療行政の面からも極めて重要な課題であり、緊急性を要すると考えられる。日本人糖尿病の発症に関与する遺伝子を明らかにすることは、そのリスクを有する者を同定し、重点的に生活指導を行い、生活習慣を是正し、糖尿病の発症を未然に防ぎ、糖尿病患者の発症を減少に導くのみならず、重篤な合併症への進展を予防することが期待される。さらに膨大になりつつある糖尿病関連医療費の抑制にも大きく貢献するものと期待される。また、糖尿病の発症に関与する新しい遺伝子の単離は、この遺伝子を標的とする特異的な薬剤あるいは治療法の開発を可能とするものであることは、論を俟たない。
研究方法
本研究は、日本人における糖尿病の遺伝素因を総合的に解析するものであり、①既知の糖尿病遺伝子について、多数の日本人糖尿病者を対象としてその遺伝子変異の頻度を明らかにする共同研究と②新規の糖尿病遺伝子を単離、同定して、その遺伝子変異の日本人糖尿病発症における役割を明らかにする個別研究よりなる。上記の①の共同研究のために現在までに全施設共同で十分に整備された医療情報を持つ2型糖尿病者のDNA検体を約2500例、正常対照者のDNA検体を約2000例収集できており、本年度はこれらのサンプルを用いてインスリン抵抗性に関与していると考えられるPPARγ遺伝子について共同研究を行った。
なお、②の個別研究については各参加施設において独自の研究方法を採用しており、それぞれの方法の詳細については、各分担研究報告書に詳しく述べられているためここでは省略する。また、倫理面に関しては十分な配慮を払った。すなわち、本研究事業で統一したインフォームドコンセントを作成し、研究対象者から書面をもって同意を得た。また各研究計画に関しては、各施設における倫理委員会の承認を得て実行に移した。
なお、②の個別研究については各参加施設において独自の研究方法を採用しており、それぞれの方法の詳細については、各分担研究報告書に詳しく述べられているためここでは省略する。また、倫理面に関しては十分な配慮を払った。すなわち、本研究事業で統一したインフォームドコンセントを作成し、研究対象者から書面をもって同意を得た。また各研究計画に関しては、各施設における倫理委員会の承認を得て実行に移した。
結果と考察
1.共同研究:PPARγ (Peroxisome Proliferator-Activated Receptor γ) に結合するチアゾリジン誘導体がインスリン抵抗性改善作用をもつことからPPARγはインスリン抵抗性と何らかの関係を持つのではないかと推察されている。そこで、本年度の共同研究として600例の糖尿病患者についてPPARγ遺伝子の変異について検索した。その結果、①Pro12Ala変異、②891番目のC→Gの一塩基置換(silent変異)、③exon6におけるC→Tの一塩基置換(silent変異)、以上の3種類の変異を認めた。そこでアミノ酸変異を伴うPro12Ala変異について多数例で検索した。すなわち、2422名の2型糖尿病者と1937名の正常対照者について検討した結果、12番目のアミノ酸がAlaに変異しているallele frequencyは2型糖尿病者で2.47%,正常対照者で3.92%であり、有意に正常対照者で多かった。従って、この変異は糖尿病の発症に抑制的に働くと考えられた。
2.個別研究:(1)新しい候補遺伝子のクローニングならびに同定
膵β細胞からのインスリン分泌にミトコンドリアが重要な役割を果たしている。清野進らはミトコンドリアに存在するABC(ATP-binding cassette)蛋白に注目し、S. cerevisiaeのABC蛋白であるATM1のヒトホモログをクローニングし、MTABC3と名付けた。今後、この遺伝子の変異が糖尿病発症と関係するか非常に興味深い。脂肪細胞におけるインスリンの主な作用はグルコースの取り込みの促進作用と脂肪分解の抑制作用である。春日らは、前者にSNARE蛋白の一種であるSNAP23が、後者にセリン・スレオニンキナーゼであるAktが関与していることを見い出し、これらが2型糖尿病の候補遺伝子となりうることを示した。
(2)候補遺伝子アプローチ
(ⅰ)HNF遺伝子
HNF(Hepatocyte Nuclear Factor)遺伝子は、膵β細胞に発現している転写因子であり、常染色体優性遺伝を示す若年発症2型糖尿病であるMODYの原因遺伝子であることが明らかにされている。すなわち、MODY1はHNF-4α、MODY3はHNF-1α、MODY5はHNF-1β遺伝子の変異によることが明らかにされている。武田らは、これらの既知MODY遺伝子の上流転写調節因子であるHNF-3β遺伝子に注目し、HNF-3β遺伝子が日本人2型糖尿病の原因遺伝子である可能性を初めて示した。岩崎らはHNF-1β遺伝子変異によるMODY5について、泌尿生殖器系の発生異常を合併する新たな家系を見い出した。花房らは、MODY3の原因遺伝子であるHNF-1αに注目し、変異体HNF-1αの残存転写活性能とMODY3の臨床的重症度との関係について解析し、両者が逆相関すること、ならびにインスリン遺伝子がHNF-1βの標的遺伝子のひとつであることを見い出した。
(ⅱ)その他の遺伝子
三家らは、膵β細胞のインスリン分泌や分化・増殖に関係する3種類の遺伝子、syntaxin 1A, CDK4, Isl-1に注目し、このなかで、Isl-1遺伝子が日本人2型糖尿病の原因遺伝子である可能性をはじめて示唆した。清野裕らは、肥満と関係あるβ3アドレナリン受容体(β3AR)ならびに脱共役蛋白1(UCP1)について検討し、β3AR遺伝子変異(Trp64Arg)は単独で安静時の自律神経活動低下の原因となりうること、このβ3AR遺伝子変異にUCP1遺伝子変異(A to G-3826)が加わった場合には安静時および起立時の自律神経活動が低下することを明らかにした。門脇らは、共同研究で検討したPPARγ遺伝子について検討し、まずその遺伝子欠損マウスを作製した。そのヘテロ欠損マウスでは、高脂肪食負荷により、野生型と比較し有意に脂肪重量の増加が抑制され、インスリン抵抗性の程度が軽いことを見い出した。次にヒトPPARγ遺伝子のPro12Ala変異についても検討し、この多型が2型糖尿病者より非糖尿病者で多いこと、この多型を持つ過体重・肥満者では持たない者と比較しインスリン感受性が高く血中レプチン濃度が高いことを見い出した。
(3)連鎖解析アプローチ
(ⅰ)ヒトにおける解析
Wolfram症候群は、インスリン治療を必要とする若年発症糖尿病と視神経萎縮を主徴とし、尿崩症、感音性難聴、精神神経障害などを合併する常染色体劣性遺伝疾患である。岡らは、連鎖解析アプローチを用いて、この原因遺伝子をクローニングし、WFS-1と名付けた。今回、岡らは臨床的にWolfram症候群と診断された日本人におけるWFS-1遺伝子変異について解析し、約半数の患者のエクソンに変異が認められるが残りの患者には変異が認められないことを見い出した。岩崎らは、日本人2型糖尿病患者の194組の罹患同胞を集め、全ゲノムマッピングを行った。その結果、2型糖尿病の疾患感受性遺伝子座位として、17ヶ所が明らかとなった。
(ⅱ)モデル動物における解析
池上らは、2型糖尿病モデル動物であるNSYマウスの3つのQTL(Nidd1,2,3)を第11,14,6染色体上にマップした。本年度もひき続き、これらの遺伝子の同定をめざして精力的に検討を行った。また、遺伝子間の相互作用の検討を目的として、コントロール系統との正逆交配により2種類のF1ハイブリッドを作出し、表現型を親系統と比較解析した結果、表現型により遺伝様式が異なること、インスリン抵抗性はF1ハイブリッドにおいて親系統よりも増強されること、性染色体が表現型の発現に影響することを明らかにした。山田らは、自然高血圧発症ラット(SHR)におけるインスリン抵抗性原因遺伝子座位の検討を行い、。その座位が4番と12番染色体上にあることを既に報告した。4番染色体上の候補遺伝子としてCD36が海外より報告されたが、インスリン抵抗性を呈する日本のオリジナルのSHRにはCD36遺伝子の変異は認められず、CD36遺伝子がインスリン抵抗性の重要な原因遺伝子とは考えにくいことを明らかにした。
日本人2型糖尿病患者のDNAサンプルは予定通り、約2500例の収集をおえた。正常対照者についても約2000例の収集をおえた。これらのサンプルを用いて本年度はPPARγのPro12Ala多型について、12番目のアミノ酸がAlaであると糖尿病に罹患しにくいこと、インスリン分泌能が低下していることなどを見い出した。2500名の2型糖尿病者についての各種の情報が一部不十分であるため、今後情報をより完全なものとし、より詳細な解析に供したい。
2.個別研究:(1)新しい候補遺伝子のクローニングならびに同定
膵β細胞からのインスリン分泌にミトコンドリアが重要な役割を果たしている。清野進らはミトコンドリアに存在するABC(ATP-binding cassette)蛋白に注目し、S. cerevisiaeのABC蛋白であるATM1のヒトホモログをクローニングし、MTABC3と名付けた。今後、この遺伝子の変異が糖尿病発症と関係するか非常に興味深い。脂肪細胞におけるインスリンの主な作用はグルコースの取り込みの促進作用と脂肪分解の抑制作用である。春日らは、前者にSNARE蛋白の一種であるSNAP23が、後者にセリン・スレオニンキナーゼであるAktが関与していることを見い出し、これらが2型糖尿病の候補遺伝子となりうることを示した。
(2)候補遺伝子アプローチ
(ⅰ)HNF遺伝子
HNF(Hepatocyte Nuclear Factor)遺伝子は、膵β細胞に発現している転写因子であり、常染色体優性遺伝を示す若年発症2型糖尿病であるMODYの原因遺伝子であることが明らかにされている。すなわち、MODY1はHNF-4α、MODY3はHNF-1α、MODY5はHNF-1β遺伝子の変異によることが明らかにされている。武田らは、これらの既知MODY遺伝子の上流転写調節因子であるHNF-3β遺伝子に注目し、HNF-3β遺伝子が日本人2型糖尿病の原因遺伝子である可能性を初めて示した。岩崎らはHNF-1β遺伝子変異によるMODY5について、泌尿生殖器系の発生異常を合併する新たな家系を見い出した。花房らは、MODY3の原因遺伝子であるHNF-1αに注目し、変異体HNF-1αの残存転写活性能とMODY3の臨床的重症度との関係について解析し、両者が逆相関すること、ならびにインスリン遺伝子がHNF-1βの標的遺伝子のひとつであることを見い出した。
(ⅱ)その他の遺伝子
三家らは、膵β細胞のインスリン分泌や分化・増殖に関係する3種類の遺伝子、syntaxin 1A, CDK4, Isl-1に注目し、このなかで、Isl-1遺伝子が日本人2型糖尿病の原因遺伝子である可能性をはじめて示唆した。清野裕らは、肥満と関係あるβ3アドレナリン受容体(β3AR)ならびに脱共役蛋白1(UCP1)について検討し、β3AR遺伝子変異(Trp64Arg)は単独で安静時の自律神経活動低下の原因となりうること、このβ3AR遺伝子変異にUCP1遺伝子変異(A to G-3826)が加わった場合には安静時および起立時の自律神経活動が低下することを明らかにした。門脇らは、共同研究で検討したPPARγ遺伝子について検討し、まずその遺伝子欠損マウスを作製した。そのヘテロ欠損マウスでは、高脂肪食負荷により、野生型と比較し有意に脂肪重量の増加が抑制され、インスリン抵抗性の程度が軽いことを見い出した。次にヒトPPARγ遺伝子のPro12Ala変異についても検討し、この多型が2型糖尿病者より非糖尿病者で多いこと、この多型を持つ過体重・肥満者では持たない者と比較しインスリン感受性が高く血中レプチン濃度が高いことを見い出した。
(3)連鎖解析アプローチ
(ⅰ)ヒトにおける解析
Wolfram症候群は、インスリン治療を必要とする若年発症糖尿病と視神経萎縮を主徴とし、尿崩症、感音性難聴、精神神経障害などを合併する常染色体劣性遺伝疾患である。岡らは、連鎖解析アプローチを用いて、この原因遺伝子をクローニングし、WFS-1と名付けた。今回、岡らは臨床的にWolfram症候群と診断された日本人におけるWFS-1遺伝子変異について解析し、約半数の患者のエクソンに変異が認められるが残りの患者には変異が認められないことを見い出した。岩崎らは、日本人2型糖尿病患者の194組の罹患同胞を集め、全ゲノムマッピングを行った。その結果、2型糖尿病の疾患感受性遺伝子座位として、17ヶ所が明らかとなった。
(ⅱ)モデル動物における解析
池上らは、2型糖尿病モデル動物であるNSYマウスの3つのQTL(Nidd1,2,3)を第11,14,6染色体上にマップした。本年度もひき続き、これらの遺伝子の同定をめざして精力的に検討を行った。また、遺伝子間の相互作用の検討を目的として、コントロール系統との正逆交配により2種類のF1ハイブリッドを作出し、表現型を親系統と比較解析した結果、表現型により遺伝様式が異なること、インスリン抵抗性はF1ハイブリッドにおいて親系統よりも増強されること、性染色体が表現型の発現に影響することを明らかにした。山田らは、自然高血圧発症ラット(SHR)におけるインスリン抵抗性原因遺伝子座位の検討を行い、。その座位が4番と12番染色体上にあることを既に報告した。4番染色体上の候補遺伝子としてCD36が海外より報告されたが、インスリン抵抗性を呈する日本のオリジナルのSHRにはCD36遺伝子の変異は認められず、CD36遺伝子がインスリン抵抗性の重要な原因遺伝子とは考えにくいことを明らかにした。
日本人2型糖尿病患者のDNAサンプルは予定通り、約2500例の収集をおえた。正常対照者についても約2000例の収集をおえた。これらのサンプルを用いて本年度はPPARγのPro12Ala多型について、12番目のアミノ酸がAlaであると糖尿病に罹患しにくいこと、インスリン分泌能が低下していることなどを見い出した。2500名の2型糖尿病者についての各種の情報が一部不十分であるため、今後情報をより完全なものとし、より詳細な解析に供したい。
結論
日本人において、そのPPARγ遺伝子のPro12Ala多型について、12番目のアミノ酸がAlaであると糖尿病に罹患しにくいことを明らかにした。HNF-3β遺伝子ならびにIsl-1遺伝子が日本人における新たな糖尿病遺伝子であることを明らかにした。
公開日・更新日
公開日
-
更新日
-