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Exploring the mechanism of adaptation to exercise through epigenetic modification

Research Project

Project/Area Number 19H04012
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research InstitutionFukuoka University

Principal Investigator

Higaki Yasuki  福岡大学, スポーツ科学部, 教授 (10228702)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 道下 竜馬  福岡大学, スポーツ科学部, 准教授 (10632028)
冨賀 裕貴  佐賀大学, 医学部, 助教 (50826394)
上原 吉就  福岡大学, スポーツ科学部, 教授 (70373149)
安野 哲彦  福岡大学, 医学部, 准教授 (80551994)
Project Period (FY) 2019-04-01 – 2023-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2019: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Keywordsエピジェネティクス / 一酸化窒素合成酵素 / メチル化 / 神経型一酸化窒素合成酵素 / 運動 / DNAメチル化 / 高脂肪食 / 運動トレーニング
Outline of Research at the Start

実験動物を用いた運動トレーニング実験より得られた、大脳・小脳・嗅球・海馬の脳組織、肝臓、腎臓、腸間膜脂肪、皮下脂肪、骨格筋サンプルを用いて、候補遺伝子のメチル化、mRNA、及び蛋白量を測定し、DNAメチル化と発現制御及びタンパク合成の関係を検討し、遺伝子発現調節機構に係るエピジェネティック修飾を明らかにする。
さらに、候補遺伝子による評価に加え、DNAチップ解析によるゲノムワイドなメチル化部位及びメチル化酵素・脱メチル化酵素を探索する。実験動物モデルに加え、ヒトiPS細胞由来の筋管細胞、ヒト介入試験より得られた骨格筋を用いて、エピジェネティック修飾による分子適応機序を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

DNA methylation may play an important role in regulating gene expression in skeletal muscle and brain tissue to adapt to physical training and inactivity. Our study contributes to a better understanding of the maintenance of skeletal muscle mass and prevention of muscle atrophy by epigenetic mechanisms via the neuronal nitric oxide synthase (nNOS) / nitric oxide (NO) pathway, and beneficial effects of running exercise on mood regulation may be controlled by alterations in epigenetic mechanisms, especially in the ventral hippocampus.
In a 6-year longitudinal study, we showed that liver fibrosis could be a useful indicator for the prevalence of CKD, even within a relatively healthy population, although liver fibrosis was not an independent risk factor. Further studies are needed to determine whether an epigenetic modification is involved in a process of liver fibrosis.
Finally, our study showed that the changes in nNOS DNA methylation patterns observed in various tissues.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

人類の進化は、継承されるDNA情報を基にしているが、エピジェネティクスは変わらないものに微修正を加えるものである。人生100年時代を迎え、健康な時間をいかに持続させるか、が問われており、身体活動・運動の記憶が細胞に組み込まれ、長期にわたり作用することが明らかとなれば、様々なライフステージにおける運動の意義を再認識することができる。本研究の成果は、それらの一端を構築するためのエビデンスである。今後、記憶された分子機構の解明がさらに進むことで、適時的な身体活動・運動の実践、適量・適強度の活動内容の提示など、新しい視点からの提案に期待が寄せられる。

Report

(5 results)
  • 2022 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (15 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] エピジェネティクス概論―身体活動とエピゲノム変化の意義-2022

    • Author(s)
      檜垣 靖樹
    • Journal Title

      体育の科学

      Volume: 72 Pages: 805-811

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] 運動による抗不安効果を担う海馬のDNAメチル化2022

    • Author(s)
      冨賀 裕貴
    • Journal Title

      体育の科学

      Volume: 72 Pages: 830-836

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      2022 Annual Research Report
  • [Journal Article] Short‐term running exercise alters DNA methylation patterns in neuronal nitric oxide synthase and brain‐derived neurotrophic factor genes in the mouse hippocampus and reduces anxiety‐like behaviors2021

    • Author(s)
      Tomiga Yuki、Sakai Kazuya、Ra Song‐Gyu、Kusano Masaki、Ito Ai、Uehara Yoshinari、Takahashi Hirokazu、Kawanaka Kentaro、Soejima Hidenobu、Higaki Yasuki
    • Journal Title

      The FASEB Journal

      Volume: 35 Issue: 8

    • DOI

      10.1096/fj.202100630r

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] The Association between Decreased Kidney Function and FIB-4 Index Value, as Indirect Liver Fibrosis Indicator, in Middle-Aged and Older Subjects2021

    • Author(s)
      Kotoku Kazuko、Michishita Ryoma、Matsuda Takuro、Kawakami Shotaro、Morito Natsumi、Uehara Yoshinari、Higaki Yasuki
    • Journal Title

      International Journal of Environmental Research and Public Health

      Volume: 18 Issue: 13 Pages: 6980-6980

    • DOI

      10.3390/ijerph18136980

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      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Anxiety-like behaviors and hippocampal nNOS in response to diet-induced obesity combined with exercise2019

    • Author(s)
      Tomiga Y, Yoshimura S, Ra SG, Takahashi Y, Goto R, Kugimoto I, Uehara Y, Kawanaka K, Higaki Y
    • Journal Title

      J. Physiol. Sci

      Volume: 69(5) Issue: 5 Pages: 711-722

    • DOI

      10.1007/s12576-019-00686-5

    • NAID

      40022006456

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] One week, but not 12?hours, of cast immobilization alters promotor DNA methylation patterns in the nNOS gene in mouse skeletal muscle2019

    • Author(s)
      Tomiga Yuki、Ito Ai、Sudo Mizuki、Ando Soichi、Eshima Hiroaki、Sakai Kazuya、Nakashima Shihoko、Uehara Yoshinari、Tanaka Hiroaki、Soejima Hidenobu、Higaki Yasuki
    • Journal Title

      The Journal of Physiology

      Volume: 597 Issue: 21 Pages: 5145-5159

    • DOI

      10.1113/jp277019

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      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 短期間(11日間)の運動がnNOSのDNAメチル化に及ぼす影響2022

    • Author(s)
      草野雅貴,坂井一哉,冨賀裕貴,伊藤愛,小杉美貴,川中健太郎,中島志穂子,上原吉就,檜垣靖樹
    • Organizer
      第77回日本体力医学会大会
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  • [Presentation] nNOS DNA methylation level and nNOSμ gene expression in the differentiation of primary myoblasts2022

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      Kusano M, Sakai K, Tomiga Y, Kitajima Y, Ito A, Kawanaka K, Nakashima S, Uehara Y, Higaki Y
    • Organizer
      The 69th American College of Sports Medicine Annual Meeting & World Congress
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      2022 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 慢性腎臓病患者における運動強度と腎血流2022

    • Author(s)
      安野 哲彦、神徳 和子、川上 翔太郎、藤見 幹太、升谷 耕介、檜垣 靖樹
    • Organizer
      第12回日本腎臓リハビリテーション学会学術集会
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    • Invited
  • [Presentation] 運動療法指導の基礎と応用-スロージョギング-2022

    • Author(s)
      檜垣靖樹
    • Organizer
      第56回糖尿病学の進歩
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      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 骨格筋幹細胞の分化段階における神経型一酸化窒素合成酵素発現パターンの検討2021

    • Author(s)
      草野雅貴,坂井一哉,冨賀裕貴,北嶋康雄,伊藤愛,川中健太郎,中島志穂子,上原吉就,檜垣靖樹
    • Organizer
      第76回日本体力医学会大会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 短期間運動による不安様行動の減少と海馬神経型一酸化窒素合成酵素のDNAメチル化パターンの変化2021

    • Author(s)
      冨賀裕貴,坂井一哉,羅成圭,草野雅貴, 伊藤愛,上原吉就,高橋宏和,川中健太郎,檜垣靖樹
    • Organizer
      第28回西日本肥満研究会
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      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 短期間の走運動は海馬BDNFのDNAメチル化レベルを低下させる2020

    • Author(s)
      冨賀裕貴,坂井一哉,伊藤愛,羅成圭,上原吉就,川中健太郎,檜垣靖樹
    • Organizer
      日本体力医学会大会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動やイノシン酸が海馬の神経型一酸化窒素合成酵素発現に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      冨賀 裕貴, 坂井 一哉, 中島 志穂子, 上原吉就, 川中健太郎,檜垣 靖樹
    • Organizer
      日本体力医学会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 運動やイノシン酸がマウスの大脳および小脳における神経型一酸化窒素合成酵素発現に及ぼす影響2019

    • Author(s)
      坂井 一哉, 冨賀 裕貴, 中島 志穂子, 檜垣 靖樹
    • Organizer
      日本体力医学会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2024-01-30  

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