三次元培養肝細胞のリアルタイム観察が示す、肝臓時計に対するインシュリンの同調因子としての作用
Real-time monitoring in three-dimensional hepatocytes reveals that insulin acts as a synchronizer for liver clock
2012年6月1日 Scientific Reports 2 : 439 doi: 10.1038/srep00439
末梢時計をリセットすること、また、概日リズムと代謝経路の間の統合を理解することは、根本的な課題である。肝臓時計に対して、インシュリンが細胞自律的な機構により同調因子として働くかどうか確かめるために、我々は肝臓培養細胞でのインシュリンによる位相のリセット作用を調べた。まず、三次元（3D）の細胞培養条件において初代肝細胞の分化状態が保たれ、分子時計の頑健性が持続している証拠を示す。この頑健性は典型的な単層細胞培養条件下では急速に減弱する。本研究では、リアルタイムのルシフェラーゼレポーターと組み合わせた3D細胞培養システムを確立し、インシュリンが肝細胞の概日振動子の位相同調を直接的に制御することを示す。インシュリンを欠乏した糖尿病ラットでは、肝臓時計において顕著な位相の前進が見られた。そこで、インシュリンの単回投与を行ったところ、糖尿病ラットの肝臓における位相依存的な双方向性の位相シフトが誘導された。以上の結果から、インシュリンが肝臓時計の同調因子であることが明らかになった。
- アステラス製薬株式会社 創薬研究本部 分子医学研究所
- 名古屋大学大学院生命農学研究科
Resetting the peripheral clock and understanding the integration between the circadian rhythm and metabolic pathways are fundamental questions. To test whether insulin acts as a synchronizer for the hepatic clock by cell-autonomous mechanisms, the phase-resetting capabilities of insulin were investigated in cultured hepatic cells. We provide evidence that three-dimensional (3D) cell culture conditions that preserve the differentiated state of primary hepatocytes sustained the robustness of the molecular clock, while this robustness rapidly dampened under classical monolayer cell culture conditions. Herein, we established a 3D cell culture system coupled with a real-time luciferase reporter, and demonstrated that insulin directly regulates the phase entrainment of hepatocyte circadian oscillators. We found that insulin-deficient diabetic rats had a pronounced phase advance in their hepatic clock. Subsequently, a single administration of insulin induced phase-dependent bi-directional phase shifts in diabetic rat livers. Our results clearly demonstrate that insulin is a liver clock synchronizer.
