タンパク分解系に着目した筋幹細胞調節機構の解明

• Project/Area Number: 16J00431
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Sports science (B)
• Research Institution: Kumamoto University (2018); Nagasaki University (2016-2017)
• Principal Investigator: 北嶋 康雄 熊本大学, 発生医学研究所, 特別研究員(SPD) (70734416)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2018: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2017: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: 筋幹細胞 / タンパク分解系 / 筋再生 / 骨格筋

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、骨格筋幹細胞特異的プロテアソーム機能不全マウスを用い、骨格筋幹細胞におけるプロテアソームの役割について明らかにすることを目的とする。筋幹細胞特異的にプロテアソーム機能不全を起こすために、筋幹細胞特異的なPax7プロモーター下流にCre組換え酵素を挿入したPax7-CreERT2マウスに、Rpt3f/fマウスを掛け合わせて筋幹細胞特異的プロテアソーム不全マウス（KOマウス）を作出した。これまでに、KOマウスにおいて、筋幹細胞プールの減少が起きていることが分かっていた。幹細胞プール減少はどのように起きているのかを詳細に検討した。幹細胞プールの減少は、TUNEL陽性の細胞死が亢進していることと細胞増殖抑制が起きていることが分かった。これらがどのようなメカニズムで起きているかを調べた。まず、コントロールとKOマウス由来の幹細胞を用いてマイクロアレイ解析を行った。それによるとKOマウスでは、最も上位にはプロテアソーム系が上がってきた。プロテアソーム機能不全モデルであるため、この実験系が妥当であることが裏付けられた。次にp53経路の活性化が認められたため、個々に遺伝子・タンパクレベルでも解析したところ、KOマウスではp53が亢進していることを突き止めた。KOマウスの細胞増殖抑制がこのp53経路の活性化によるものであることを確かめるため、p53が活性化しているKOマウス由来の筋幹細胞にp53遺伝子ノックダウンを行ったところ、細胞増殖抑制をレスキューできた。以上により、KOマウスでの細胞増殖抑制はp53経路の活性化により引き起こされることが明らかになった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Antagonizing bone morphogenetic protein 4 attenuates disease progression in a rat model of amyotrophic lateral sclerosis (2018)
  • Author(s): Shijo Tomomi、Warita Hitoshi、Suzuki Naoki、Ikeda Kensuke、Mitsuzawa Shio、Akiyama Tetsuya、Ono Hiroya、Nishiyama Ayumi、Izumi Rumiko、Kitajima Yasuo、Aoki Masashi
  • Journal Title: Experimental Neurology Volume: 307 Pages: 164-179
  • DOI: 10.1016/j.expneurol.2018.06.009
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Visualization of PAX7 protein dynamics in muscle satellite cells in a YFP knock-in-mouse line (2018)
  • Author(s): Kitajima Yasuo、Ono Yusuke
  • Journal Title: Skeletal Muscle Volume: 8 Issue: 1
  • DOI: 10.1186/s13395-018-0174-x
  • NAID: 120006987964
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Ubiquitin-Proteasome System Is Indispensable for the Maintenance of Muscle Stem Cells (2018)
  • Author(s): Kitajima Yasuo、Suzuki Naoki、Nunomiya Aki、Osana Shion、Yoshioka Kiyoshi、Tashiro Yoshitaka、Takahashi Ryosuke、Ono Yusuke、Aoki Masashi、Nagatomi Ryoichi
  • Journal Title: Stem Cell Reports Volume: 11 Issue: 6 Pages: 1523-1538
  • DOI: 10.1016/j.stemcr.2018.10.009
  • NAID: 120007006241
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Histone H3.3 sub-variant H3mm7 is required for normal skeletal muscle regeneration (2018)
  • Author(s): Harada Akihito、Maehara Kazumitsu、Ono Yusuke、Taguchi Hiroyuki、Yoshioka Kiyoshi、Kitajima Yasuo、Xie Yan、Sato Yuko、Iwasaki Takeshi、Nogami Jumpei、Okada Seiji、Komatsu Tetsuro、Semba Yuichiro、Takemoto Tatsuya、Kimura Hiroshi、Kurumizaka Hitoshi、Ohkawa Yasuyuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1400-1400
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03845-1
  • NAID: 120006949474
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aberrant astrocytic expression of chondroitin sulfate proteoglycan receptors in a rat model of amyotrophic lateral sclerosis (2017)
  • Author(s): Shijo Tomomi、Warita Hitoshi、Suzuki Naoki、Kitajima Yasuo、Ikeda Kensuke、Akiyama Tetsuya、Ono Hiroya、Mitsuzawa Shio、Nishiyama Ayumi、Izumi Rumiko、Aoki Masashi
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Research Volume: 96 Issue: 2 Pages: 222-233
  • DOI: 10.1002/jnr.24127
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Notch1 and Notch2 Coordinately Regulate Stem Cell Function in the Quiescent and Activated States of Muscle Satellite Cells (2017)
  • Author(s): Fujimaki Shin、Seko Daiki、Kitajima Yasuo、Yoshioka Kiyoshi、Tsuchiya Yoshifumi、Masuda Shinya、Ono Yusuke
  • Journal Title: STEM CELLS Volume: 36 Issue: 2 Pages: 278-285
  • DOI: 10.1002/stem.2743
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activation of the hypoxia-inducible factor pathway induced by prolyl hydroxylase domain 2 deficiency enhances the effect of running training in mice. (2016)
  • Author(s): Nunomiya A, Shin J, Kitajima Y et al.
  • Journal Title: Acta Physiol Volume: 220(1) Issue: 1 Pages: 99-112
  • DOI: 10.1111/apha.12751
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nrf2-Mediated Regulation of Skeletal Muscle Glycogen Metabolism. (2016)
  • Author(s): Uruno A, Yagishita Y, Katsuoka F, Kitajima Y, Nunomiya A, Nagatomi R, Pi J, Biswal SS, Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 36 Issue: 11 Pages: 1655-1672
  • DOI: 10.1128/mcb.01095-15
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition) (2016)
  • Author(s): Klionsky DJ., Abdelmohsen K., Abe A., Abedin MJ.,Inomata M., et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 1-222
  • DOI: 10.1080/15548627.2015.1100356
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Visualizing the functional heterogeneity in muscle stem cells (2016)
  • Author(s): Kitajima Y, Ogawa S and Ono Y
  • Journal Title: Methods Mol Biol Volume: 4 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1007/7651_2016_349
  • ISBN: 9781493965496, 9781493965502
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] サテライト細胞研究におけるPax7ノックインマウスの応用 (2017)
  • Author(s): 北嶋康雄、小野悠介
  • Organizer: 第5回骨格筋生物学研究会
  • Place of Presentation: 東京都目黒区（東京大学）
  • Year and Date: 2017-03-03
• [Presentation] 筋サテライト細胞に発現するPax7の可視化と応用 (2017)
  • Author(s): 北嶋康雄、小野悠介
  • Organizer: 第40回日本分子生物学会
• [Presentation] 筋サテライト細胞を生きたまま可視化する (2017)
  • Author(s): 北嶋康雄、小野悠介
  • Organizer: 第72回日本体力医学会大会
• [Presentation] シンポジウム3:体力科学分野における科学的検証法～分野間における共通点と違い～ 分子生物学分野における研究目的と用いられる研究手法 (2016)
  • Author(s): 北嶋康雄
  • Organizer: 第71回日本体力医学会大会
  • Place of Presentation: 岩手県盛岡市（いわて県民情報交流センター）
  • Year and Date: 2016-09-23
  • Invited
• [Book] Role of the Ubiquitin-Proteasome Pathway in Skeletal Muscle. (2017)
  • Author(s): Kitajima Y, Suzuki N.
  • Total Pages: 292
  • Publisher: Springer