骨格筋機能の分子基盤解明と健康寿命延伸に資する機能性食品の創出

• Project/Area Number: 20H00408
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 佐藤 隆一郎 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任教授 (50187259)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥44,460,000 (Direct Cost: ¥34,200,000、Indirect Cost: ¥10,260,000); Fiscal Year 2024: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2023: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2022: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2021: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2020: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
• Keywords: 骨格筋 / ヒトiPS細胞 / マイオカイン / 老化 / SASP / 機能性食品 / エクソソーム / 筋萎縮 / 運動

Outline of Research at the Start

日本の高齢化率は間もなく30％に到達し、超高齢社会が目前に迫っている。人口減少社会において健康寿命を延伸させ、健康な高齢者が構成する社会を築く必要がある。健康寿命は自立活動の送れる期間であり、骨格筋機能を正常に維持することが肝要となる。骨格筋はエクソソームを分泌して自身ならびに他組織の代謝を制御するが、その詳細は不明である。本研究ではヒト骨格筋機能を理解する目的で、ヒトiPS骨格筋細胞による解析系の樹立、加齢に伴い変化するエクソソーム分泌を解析する。さらに健康骨格筋維持のために、骨格筋によるマイオカイン、エクソソーム分泌を若齢化、健常化させる抗加齢食品成分探索評価系の構築、成分の探索を行う。

Outline of Annual Research Achievements

（１）老化骨格筋細胞の樹立と老化促進機構の解析
組織の老化の引き金には、散在する老化細胞が分泌する炎症を惹起するサイトカイン等を含むSASPの重要性が指摘されている。ヒト胎児肺由来の繊維芽細胞IMR-90を用いて、SASP分泌を高める条件検討を行った。Ｘ線照射またはDNA障害薬物処理を施し、SASP因子マーカーの追跡を行った。同時に、老化マーカーとして用いられる酸性βガラクトシダーゼ染色を行い、細胞老化の進行を確認した。複数のSASP因子の数倍から数十倍の発現上昇が認められ、これら培地を回収し、ヒトiPS細胞由来の骨格筋細胞の培養を行った。複数の遺伝子の発現上昇、減少が認められ、さらにヒト骨格筋細胞老化の分子機序について研究を進めていく。
（２）骨格筋に特異的に発現する機能未知の因子Xに関する研究
因子Xは、骨格筋の中でも速筋に特異的に発現している、膜貫通（結合）領域を有する比較的小分子量タンパク質である。本タンパク質の骨格筋における機能を明らかにする目的で、KOマウスの開発に着手した。獲得したホモマウスにおいては、体重その他に大きな変化は認められなかった。しかし、体重に占める複数の速筋重量は、ホモマウスで有意に減少していた。また、筋力を測定すると筋量低下に伴い、減少が確認された。また、血中のクレアチンキナーゼ濃度を測定したところ、KOマウスで有意な上昇が確認された。さらに本タンパク質の骨格筋内での機能解析を進行中である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

骨格筋から分泌されるエクソソームの解析、筋タンパク質分解を促すマイオスタチン、GDF11の機能解析、骨格筋老化を促すSASPについての基礎知見、さらに新規因子Xの機能解析が順調に進行しつつある。マイオスタチン、GDF11については、これらの因子の機能をマスクする成分を食品から見出すことにより、機能性食品創出へとつながることが大いに期待される。また、複数の因子について基礎知見が積み重なりつつあり、骨格筋機能を改善する新たな方向性が見出されることが予想される。全般的に見て、現在までの進捗状況はおおむね良好と考えている。

Strategy for Future Research Activity

（１）老化培養細胞の樹立と機能解析
ヒトiPS細胞由来骨格筋細胞をSASP刺激することにより老化マーカー因子の増加が確認され、細胞内シグナル伝達経路の活性化が認められた。老化進行に伴い、どのようなシグナルがクラスターとして増減するかについてRNA-Seq解析を駆使して解析を進める。老化の進行を抑制する標的を見出すことにより、機能性食品成分の探索方法が明確化することが期待される。
（２）速筋に特異的に発現する因子Xの機能解析
すでに開発した因子X欠損マウスの解析を進める。さらに因子Xにタグを添加した発現タンパク質を用いて結合タンパク質の同定を行う。この結果により、欠損時に筋委縮が生じるメカニズムの解明を行う。
（３）マイオカインのマイオスタチン、GDF11の筋萎縮作用を標的にした食品成分探索
マイオカインは筋量制御に重要な役割を演じており、この作用を抑制する食品成分には高齢者の筋量を維持する機能が期待される。Smad結合モチーフを複数個連結したレポーター遺伝子を用いたルシフェラーゼアッセイ系を構築しており、この系を用いて約500種類の食品成分について、マイオスタチン作用を減弱させる成分の探索を進める。さらにその作用様式についての解析を行う。

Research Products

• [Journal Article] Hydroxylation site?specific and production-dependent effects of endogenous oxysterols on cholesterol homeostasis: Implications for SREBP-2 and LXR (2023)
  • Author(s): Saito Hodaka、Tachiura Wakana、Nishimura Mizuki、Shimizu Makoto、Sato Ryuichiro、Yamauchi Yoshio
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 299 Issue: 1 Pages: 102733-102733
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102733
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rhomboid protease RHBDL4/RHBDD1 cleaves SREBP-1c at endoplasmic reticulum monitoring and regulating fatty acids (2023)
  • Author(s): Han Song-Iee、Nakakuki Masanori、Nakagawa Yoshimi、Takeda Hiroyuki、Mizunoe Yuhei、Kainoh Kenta、Murayama Yuki、Aita Yuichi、Takeuchi Yoshinori、Osaki Yoshinori、Miyamoto Takafumi、Sekiya Motohiro、Matsuzaka Takashi、Yahagi Naoya、Sone Hirohito、Daitoku Hiroaki、Sato Ryuichiro、Kawano Hiroyuki、Shimano Hitoshi
  • Journal Title: PNAS Nexus Volume: 2 Issue: 11 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad351
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of α-ionone, nootkatone, and their derivatives as TGR5 agonists (2023)
  • Author(s): Sasaki Takashi、Ikari Naho、Hashimoto Shuzo、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 653 Pages: 147-152
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.02.070
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 代謝制御を標的とした機能性食品成分の探索と機能解析 (2023)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume: 81 Pages: 108-112
• [Journal Article] 食の評価系（in vitroオルガノイド培養システム） (2023)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 41: Pages: 64-69
• [Journal Article] Establishment of a cell culture platform for human liver organoids and its application for lipid metabolism research (2023)
  • Author(s): Kuboyama‐Sasaki Ayane、Takahashi Yu、Xia Chen、Hiro Kahori、Kobayashi Tsuyoshi、Ohdan Hideki、Shimizu Makoto、Yamauchi Yoshio、Kiyono Hiroshi、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Biotechnology Journal Volume: 19 Issue: 1 Pages: 5407-5407
  • DOI: 10.1002/biot.202300365
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sesamin and Hepatic Metabolites Derived from Sesamin and Episesamin Antagonize Farnesoid X Receptor and Reduce the Expression of Gluconeogenesis-Related Genes (2022)
  • Author(s): SASAKI Takashi、OKUDA Mako、HONG Tzu-Wen、WATANABE Yuichi、TAKAHASHI Yu、SHIMIZU Makoto、YAMAUCHI Yoshio、SATO Ryuichiro
  • Journal Title: Journal of Nutritional Science and Vitaminology Volume: 68 Issue: 1 Pages: 55-64
  • DOI: 10.3177/jnsv.68.55
  • NAID: 130008164780
  • ISSN: 0301-4800, 1881-7742
  • Year and Date: 2022-02-28
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lactic acid bacteria?derived γ-linolenic acid metabolites are PPARδ ligands that reduce lipid accumulation in human intestinal organoids (2022)
  • Author(s): Noguchi Makoto、Shimizu Makoto、Lu Peng、Takahashi Yu、Yamauchi Yoshio、Sato Shintaro、Kiyono Hiroshi、Kishino Shigenobu、Ogawa Jun、Nagata Koji、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 298 Issue: 11 Pages: 102534-102534
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102534
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Organoid-derived intestinal epithelial cells are a suitable model for preclinical toxicology and pharmacokinetic studies (2022)
  • Author(s): Takahashi Yu、Noguchi Makoto、Inoue Yu、Sato Shintaro、Shimizu Makoto、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Kiyono Hiroshi、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: iScience Volume: 25 Issue: 7 Pages: 104542-104542
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.104542
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nobiletin enhances plasma Interleukin‐6 and C‐X‐C motif chemokine ligand 1 levels that are increased by treadmill running (2022)
  • Author(s): Suzuki Toshihide、Shimizu Makoto、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Food Science & Nutrition Volume: 10 Issue: 7 Pages: 2360-2369
  • DOI: 10.1002/fsn3.2844
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sulforaphane suppresses the activity of sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs) by promoting SREBP precursor degradation (2022)
  • Author(s): Miyata Shingo、Kodaka Manami、Kikuchi Akito、Matsunaga Yuki、Shoji Kenta、Kuan Yen-Chou、Iwase Masamori、Takeda Keita、Katsuta Ryo、Ishigami Ken、Matsumoto Yu、Suzuki Tsukasa、Yamamoto Yuji、Sato Ryuichiro、Inoue Jun
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 8715-8715
  • DOI: 10.1038/s41598-022-12347-6
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] エルゴジェニックエイド：食品成分の可能性 (2022)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Journal Title: 日本食品安全協会会誌 17, 67-74. Volume: 17 Pages: 67-74
• [Journal Article] フラボノイド類による代謝改善効果の新規な分子機構 (2022)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Journal Title: 日本ポリフェノール学会雑誌 11, 17-20. Volume: 11 Pages: 17-20
• [Journal Article] Muscle-specific TGR5 overexpression improves glucose clearance in glucose-intolerant mice (2021)
  • Author(s): Sasaki Takashi、Watanabe Yuichi、Kuboyama Ayane、Oikawa Akira、Shimizu Makoto、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 296 Pages: 100131-100131
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.016203
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Insulin-induced genes INSIG1 and INSIG2 mediate oxysterol-dependent activation of the PERK?eIF2α?ATF4 axis (2021)
  • Author(s): Watanabe Yuichi、Sasaki Takashi、Miyoshi Shoko、Shimizu Makoto、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 297 Issue: 2 Pages: 100989-100989
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.100989
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparison of gene expression and activation of transcription factors in organoid-derived monolayer intestinal epithelial cells and organoids (2021)
  • Author(s): Takahashi Yu、Inoue Yu、Kuze Keitaro、Sato Shintaro、Shimizu Makoto、Kiyono Hiroshi、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 85 Issue: 10 Pages: 2137-2144
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab136
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ステロール代謝と骨格筋機能：医・食・薬からの統合的知見 (2021)
  • Author(s): 山内祥生、佐々木崇、佐藤隆一郎
  • Journal Title: 生化学 Volume: 93 Pages: 15-23
• [Journal Article] Polymethoxyflavones in orange peel extract prevent skeletal muscle damage induced by eccentric exercise in rats (2020)
  • Author(s): Suzuki Toshihide、Shimizu Makoto、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 85 Issue: 2 Pages: 440-446
  • DOI: 10.1093/bbb/zbaa036
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ring finger protein 5 activates sterol regulatory element-binding protein 2 (SREBP2) to promote cholesterol biosynthesis via inducing polyubiquitination of SREBP chaperone SCAP (2020)
  • Author(s): Kuan Yen-Chou、Takahashi Yu、Maruyama Takashi、Shimizu Makoto、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 295 Issue: 12 Pages: 3918-3928
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.011849
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional effect of nobiletin as a food-derived allosteric modulator of mouse CRFR2β in skeletal muscle (2020)
  • Author(s): Chikazawa Miho、Moriwaki Yoshitaka、Uramoto Mari、Yamauchi Yoshio、Shimizu Makoto、Shimizu Kentaro、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 529 Issue: 2 Pages: 328-334
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.03.189
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bridging molecules are secreted from the skeletal muscle and potentially regulate muscle differentiation (2020)
  • Author(s): Chikazawa Miho、Shimizu Makoto、Yamauchi Yoshio、Sato Ryuichiro
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 522 Issue: 1 Pages: 113-120
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.11.010
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 摂食シグナルを受容する胆汁酸受容体TGR5 (2020)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 38 Pages: 132-137
• [Journal Article] 加齢による骨格筋機能低下のメカニズム 運動機能・認知機能改善食品の開発 (2020)
  • Author(s): 佐々木崇、佐藤隆一郎
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 38 Pages: 23-30
• [Presentation] 栄養・食品科学研究領域のこれまでの歩み (2024)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Invited
• [Presentation] SREBP-1特異的阻害剤創製を目指したバインダースクリーニング (2024)
  • Author(s): 廣 佳穂里、高橋 裕、丸山 貴史、岡部 隆義、小島 宏建、山内 祥生、佐藤 隆一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会
• [Presentation] 骨格筋における新たなカルシウムイオン制御因子の発見 (2024)
  • Author(s): 佐々木 崇、佐藤 隆一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会
• [Presentation] 骨格筋における新規カルシウムイオン制御因子の発現制御機構解析 (2024)
  • Author(s): 魯 意、山内 祥生、佐藤 隆一郎、佐々木 崇
  • Organizer: 日本農芸化学会
• [Presentation] 骨格筋におけるStore Operated Calcium Entry 応答性遺伝子の探索 (2024)
  • Author(s): 後藤 舞奈、山内 祥生、佐藤 隆一郎、佐々木 崇
  • Organizer: 日本農芸化学会
• [Presentation] ヒトiPS細胞小腸オルガノイドを用いた食品科学研究の展開 (2023)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: 日本小腸学会
  • Invited
• [Presentation] 胆汁酸受容体TGR5による筋量増強と食品成分による抗老化 (2022)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Modulation of SREBPs activation, and functional food factors that prevent their activation (2022)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: 第22回国際栄養学会議 22nd IUNS-International Congress of Nutrition（東京）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] コレステロール、酸化コレステロールを結合するSCAP、INSIGの新たな制御機構 (2022)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: 第95回日本生化学会年会
  • Invited
• [Presentation] 骨格筋における胆汁酸受容体TGR5の新たな機能と食品成分の可能性 (2022)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: 日本動物細胞工学会年会
  • Invited
• [Presentation] 酸化ステロールはINSIGを介してPERK/ATF4経路活性化とそれに伴う細胞死を誘導する (2021)
  • Author(s): 渡邉 雄一、佐々木 崇、三吉 翔子、清水 誠、山内 祥生、佐藤 隆一郎
  • Organizer: 第９４回日本生化学会
• [Presentation] 基礎から応用、そして基礎研究へと繋ぐ食品科学研究 (2021)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: 日本栄養・食糧学会(東京)
  • Invited
• [Presentation] ノビレチンによる骨格筋機能維持 (2021)
  • Author(s): 佐藤隆一郎
  • Organizer: ノビチレン研究会／宇都宮大学
  • Invited
• [Presentation] メバロン酸経路はヒトiPS細胞由来骨格筋細胞においてタンパク質恒常性を制御する (2021)
  • Author(s): ZHAO XIAOLIN、久保 美遥、櫻井 英俊、佐藤 隆一郎、山内 祥生
  • Organizer: 日本農芸化学大会
• [Presentation] ヒトiPS細胞由来骨格筋細胞を利用したMyostatinとGDF11の活性評価 (2021)
  • Author(s): 本多 美香子、櫻井 英俊、佐藤 隆一郎、山内 祥生
  • Organizer: 日本農芸化学大会
• [Presentation] E3ユビキチンリガーゼRNF122の骨格筋における発現制御機構及び機能解析 (2021)
  • Author(s): 栄田 陸人、桑田 啓子、柴田 貴広、佐々木 崇、高橋 裕、山内 祥生、佐藤 隆一郎
  • Organizer: 日本農芸化学大会
• [Presentation] 筋萎縮応答性線維芽細胞増殖因子FGF13の骨格筋細胞における機能解析 (2021)
  • Author(s): 野口 惇、清水 誠、山内 祥生、佐藤 隆一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会
• [Presentation] 骨格筋萎縮における抗肥満ホルモンFGF21の発現制御機構および機能解析 (2021)
  • Author(s): 川邊 充希、清水 誠、三浦 雄也、橋詰 力、山内 祥生、佐藤 隆一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会
• [Presentation] 骨格筋損傷における核内受容体LXRの機能解析 (2021)
  • Author(s): 高瀬 飛天、清水 誠、小野 敦子、近澤 未歩、山内 祥生、佐藤 隆一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会
• [Presentation] 核内受容体LXRによる骨格筋機能制御 (2020)
  • Author(s): 清水 誠、小野敦子、近澤未歩、山内祥生、佐藤隆一郎
  • Organizer: 第74回日本栄養・食糧学会大会
• [Book] 健康寿命をのばす食べ物の科学 (2023)
  • Author(s): 佐藤 隆一郎
  • Total Pages: 240
  • Publisher: 筑摩書房
  • ISBN: 9784480075499
• [Remarks] 社会連携講座「栄養・生命科学」
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/nls/index.html
• [Remarks] 食品生化学研究室 HP
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/food-biochem/index.html
• [Remarks] 栄養・生命科学 社会連携講座
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/nls/index.html
• [Remarks] 食品生化学研究室 HP
  • URL: http://park.itc.u-tokyo.ac.jp/food-biochem/paperlist.html
• [Remarks] コレステロール代謝を制御する転写因子SREBPの新たな活性化機構の発見
  • URL: https://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/topics_20200309-1.html