Investigation of NOX4-mediated mechanotransduction in mechanically-induced cardiac failure
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20K12598
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 90110:Biomedical engineering-related
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
貝原 恵子 岡山大学, 医学部, 技術専門職員 (60638641)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成瀬 恵治 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (40252233)
入部 玄太郎 旭川医科大学, 医学部, 教授 (90284885)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | NOX4 ( NADPH Oxidase ) / メカノトランスダクション / 活性酸素 ( ROS ) / 心不全 / NOX4（NADPH Oxidase ) / 活性酸素（ROS） / NADPHオキシダーゼ （NOX）4 / NOX4 / 活性酸素 |
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| Outline of Research at the Start |
活性酸素（ROS）は様々な疾患で注目され負のイメージが強いが、細胞分裂や生体防御に関わる重要な生理活性物質である。近年、NOX2由来のROSが心臓負荷時の張力増加に関与していることが報告され、同属NOX4にも同様に負荷応答機能があるのではないかと着目した。先行研究にて心臓におけるNOX4由来のROSが心臓負荷時の張力増強への関与を明らかにしたが、そのメカニズムは不明である。また、NOX4由来のROSと心疾患の病原因子であるROSとの関連性は明らかでない。そこで、NOX4を介した機械刺激がCa2+ハンドリングへ及ぼす影響を明らかにするとともに、NOX4由来ROSによる心不全への影響を解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
メカノトランスダクション（力学刺激を受け細胞が生理反応に転換する過程や分子機構）を理解することは、常に機械刺激を受けている心臓において重要である。また、活性酸素（ROS : Reactive oxygen species）は、生命にとって非常に重要な生理活性物質であり、細胞の分化や免疫などに関与している。これまでに、ROS産生を制御するNADPHオキシダーゼファミリーのNOX４（NADPH oxidase 4）が、心筋細胞において伸展時にROS産生を増加し収縮力を増強することを、我々は明らかにしたが、そのメカニズムついては不明である。また、慢性的なメカニカルストレスに対するNOX４由来のROSの影響についても明らかでない。そこで、本研究にて「慢性的なメカニカルストレスで産生されたNOX4由来のROSが心不全移行に関与している」との仮説のもと、NOX4を介したメカニカルストレスがカルシウムハンドリングへ及ぼす影響を明らかにすることを目的とし研究に着手した。
我々は、これまでに阻害剤やノックアウトマウスを用いた研究において、伸展刺激よってNOX４由来のROSが産生されTRPV1（Transient Receptor Potential Vanilloid 1）を活性化し、伸展時の収縮力増強に関与している可能性があることを明らかとした。
また、新たにNOX４とTRPV1がミトコンドリアに局在することを明らかにした。しかし、慢性的なメカニカルストレス（長期）によって発病する心疾患について我々が行った研究結果では発病が認められた。この結果は、NOX4が慢性的なメカニカルストレスに影響があるとの報告と異なっていた。しかし、ROSと心不全との関係性は重要で、メカニカルストレスにて産生されたROSと心疾患との関連性は今後の病態生理において非常に重要となる。そこで、今後の更なる研究が期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
これまでに、我々は単離心筋細胞において伸展刺激時NOX4由来のROSが産生され、収縮力を増強することを明らかにしてきた。その、メカニズムについて明らかにするためにROSによって活性化されると報告されているTRPV1を介したカルシウム放出経路に着目した。そこで、TRPV1の阻害剤やノックアウトマウスを用いて単離心筋細胞の発生張力測定を行い、伸展刺激時の収縮力増強にTRPV1が関与している可能性を見出した。また、NOX4やTRPV1が、筋小胞体に次ぐ細胞内カルシウムストアであるミトコンドリアに局在していることを、免疫染色法によって明らかにしたが、伸展刺激時の収縮力増強の詳細なメカニズムについては不明である。
さらに、NOX４が慢性的なメカニカルストレスに与える影響を明らかにするために、現在NOX4ノックアウトマウスを用いた心不全モデル作製に着手中である。これまでに、我々はNOX4ノックアウトマウスにて心不全モデルマウスを作製したが、NOX4ノックアウトマウスでは心不全への移行が抑制されたとの報告と異なり16週目の個体で心不全を発病していた。しかし、NOX４ノックアウトマウスによって作成された心不全モデルマウス由来の単離心筋細胞において、伸展刺激時のROS産生増加は確認できなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの我々の研究によって伸展刺激時NOX4由来のROSが産生され、TRPV1を刺激しカルシウム動態に影響している可能性は示唆されたが、詳細なメカニズムの解明については、今後更なる研究が必要となる。
慢性的なメカニカルストレスで産生されたNOX4由来のROSが心不全移行に関与しているとの仮説のもと、NOX4ノックアウトマウスを用いて心不全モデルマウスを作製したが、これまでの報告と異なり、瞬間的な伸展刺激時にROS産生増加のないNOX4ノックアウトマウスを用いて心不全モデルマウスを作製しても、心不全病態の進行が確認できた（術後16週目）。そこで、術後の早い段階での伸展刺激応答を確認することで、伸展刺激時のNOX4由来のROSが心臓の慢性的負荷応答にどの様に影響するのかを明らかにすることとした。
さらに、伸展刺激時に産生されるNOX4由来のROSによる不全心への影響を解明するためにスローフォースレスポンス測定を行い、亜急性的な負荷応答を単一の心筋細胞にて再現する。この結果を解析することで、急性伸展負荷反応から長期伸展負荷反応へ移行する際の過程を解明することが出来ると考えられる。そこで、NOX4KOマウスを用いて生理的な急性・亜急性負荷応答と心不全モデル負荷応答を比較し、NOX4由来ROSの心不全への関与を明らかにする。
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Report
(3 results)
Research Products
(8 results)
