Skeletal muscle epigenetic adaptation for hypoxic training

Research Project

Project/Area Number	21J00736
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	国内
Review Section	Basic Section 59020:Sports sciences-related
Research Institution	University of Tsukuba (2022) Juntendo University (2021)
Principal Investigator	土橋祥平筑波大学, 体育系, 助教
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2024-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000) Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000) Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords	低酸素トレーニング / 骨格筋タイプ / 遺伝子発現 / HDAC5 / 骨格筋 / エピジェネティクス / ヒストン脱アセチル化酵素
Outline of Research at the Start	近年，低酸素環境下で実施するトレーニング (低酸素トレーニング) がパフォーマンスの向上や健康増進効果の促進に貢献する運動プログラムとして注目されているが，これら有益な適応を司る分子機序についてはほとんど解明されていない．本研究は，低酸素トレーニングによる骨格筋の相乗的な運動効果獲得のメカニズムに，運動中や運動後に生じる活性酸素種 (ROS) を介した筋線維タイプ特異的なエピジェネティクスが関与するという仮説について, 組織および分子レベルでの検討を行う．これらの検討を通して健康増進から飛躍的な競技力向上に資する最適な低酸素トレーニングプログラム開発を目指す．
Outline of Annual Research Achievements	本研究は，低酸素トレーニングによる骨格筋の相乗的な運動効果獲得のメカニズムに，エピジェネティクス修飾が関与するという仮説について, 組織および分子レベルでの検討を行うことを目的としている。研究初年度では長期的な低酸素トレーニング介入を行ったラット骨格筋ではエネルギー代謝の中心的な役割を担うミトコンドリア関連タンパク質の発現が通常環境下のトレーニングよりも増大することを見出したが，エピジェネティクス修飾をつかさどるヒストン脱アセチル化酵素（HDAC5）の発現の変化と付随しておらず，一過性の低酸素トレーニングを実施し，骨格筋の適応を促す遺伝子発現が増大しているタイミングにおいてエピジェネティクス修飾に関わるタンパク質発現発現や遺伝子発現調節機構の検討の必要性が観察された。そこで研究2年目の令和4年度は，健康増進を企図した低酸素トレーニングプログラムとして，短期間の高脂肪食摂取を摂取させ軽度の代謝異常を惹起したラットに対して、低酸素環境下で一過性無負荷水泳運動を行った際の骨格筋の遺伝子発現変化とHDAC5の変化について検討を行った。その結果、低酸素環境での一過性水泳運動は骨格筋の糖・脂質代謝関連遺伝子の発現レベルを増大させることが明らかとなったが、その遺伝子発現パターンには筋線維タイプ特性が認められることを確認した。さらに、骨格筋を細胞質と核に分画し、遺伝子発現の転写を抑制する核内のHDAC5 に着目したところ、遅筋線維優位の腓腹筋赤色部では変動は見られなかったものの、速筋線維優位の滑車上筋では低酸素環境下の運動により発現が減少することが観察している。今後も詳細な検討は必要であるものの，低酸素トレーニングによる骨格筋タイプ特異的な遺伝子発現にはHDAC5の核外移行が一部関与している可能性が示唆された。
Research Progress Status	翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。