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Study on exercise and lipid metabolism in carnosine synthase-deficient mice

Research Project

Project/Area Number 21K05909
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 42010:Animal production science-related
Research InstitutionNippon Veterinary and Life Science University

Principal Investigator

Egusa Ai  日本獣医生命科学大学, 応用生命科学部, 准教授 (90521972)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywordsカルノシン / カルノシン合成酵素 / 骨格筋 / エネルギー代謝 / 運動 / ノックアウトマウス / 脂質代謝
Outline of Research at the Start

本研究は、骨格筋と大脳・嗅球に特異的に存在するカルノシンの生理的役割について、運動時のエネルギー代謝の面から明らかにすることを目的とする。脊椎動物の骨格筋に多く含まれるカルノシンは抗疲労効果や認知機能改善効果が報告されており、機能性表示食品にも登録されている。しかし、生体における役割については未だ不明な点が多い。そこで、カルノシンを高生産する骨格筋細胞、あるいはカルノシンを全く産生できない遺伝子欠損マウスを用いて、エネルギー物質であるATPを産生する補助的因子としてのカルノシンの働きを明らかにすることを目的とした。これにより、カルノシンが存在することで持久的な運動が可能になる理由を解明する。

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to clarify the physiological role of carnosine in energy metabolism during exercise. The ATP production capacity under electrical stimulation was compared between mouse-derived skeletal muscle cells (C2C12) transfected with the carnosine synthase (CARNS1) gene (WT) and those transfected with a gene lacking carnosine synthesis capacity (KO). The results showed that ATP production was higher in the WT type. Since a higher amount of glycerol 3-phosphate was detected in the WT, it was inferred that FADH2-mediated oxidative phosphorylation was insufficient in the KO. The amount of ATP in the anterior tibialis muscle of gene-deficient mice subjected to high-intensity exercise was also higher in the WT type. Additionally, FABP3 gene expression was 2-fold higher in the KO type compared to controls, suggesting that the ability to produce ATP via endogenous carnosine-mediated beta-oxidation of lipids is low.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

カルノシンやアンセリンは、これらを含む食材を経口摂取すると、抗疲労や抗糖化作用、認知機能の改善効果が報告されている。今後、高齢化率30%を迎える日本においては、健康寿命を延ばす上で重要な物質である。しかし、これら効果のメカニズムは未だ十分に解明されておらず、生体における本来の機能についても不明な点が多い。これまでに、カルノシンやアンセリンを外部から取り入れた場合には、脂質のβ酸化を促進することが報告されているが、内因性因子としてのカルノシンの役割の解明は十分になされていない。今回、骨格筋細胞とマウスを用いて評価を行ったが、得られた成果は本来の生理的機能を解明するための一助となったと考えられる。

Report

(4 results)
  • 2023 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (6 results)

All 2022 2021

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

  • [Journal Article] Pharmacokinetics and tissue distribution of orally administrated imidazole dipeptides in carnosine synthase gene knockout mice2022

    • Author(s)
      Sakano Taiken、Egusa Ai Saiga、Kawauchi Yoko、Wu Jiawei、Nishimura Toshihide、Nakao Nobuhiro、Kuramoto Ayumu、Kawashima Takumi、Shiotani Shigenobu、Okada Yukio、Sato Kenichiro、Yanai Nobuya
    • Journal Title

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      Volume: 86 Pages: 1276-1285

    • DOI

      10.1093/bbb/zbac081

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Carnosine synthase deficiency in mice affects protein metabolism in skeletal muscle2022

    • Author(s)
      Wu Jiawei、Egusa Ai、Nishimura Toshihide
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 612 Pages: 22-29

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2022.04.075

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Effects of carnosine synthase deficiency on exercise performance and behavior in aged mice2022

    • Author(s)
      Ai Saiga Egusa, Nobuhiro Nakao, Nobuya Yanai, Kenishiro Sato, Toshihide Nishimura
    • Organizer
      International congress of meat science and technology 2022
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カルノシン合成酵素遺伝子欠損マウスの加齢に伴う骨格筋機能の変動2022

    • Author(s)
      江草 愛
    • Organizer
      第76回日本栄養・食糧学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Effects of Photostimulation on Skeletal Muscle Weight and Histidine-Containing Dipeptide Content in Japanese Quail2021

    • Author(s)
      Ai Egusa, Kanako Mayumi, Mamoru Totsuka, Jun-ichi Shiraishi, Nobuhiro Nakao
    • Organizer
      International congress of meat science and technology
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カルノシン合成酵素の欠損が加齢マウスの運動機能と行動に及ぼす影響2021

    • Author(s)
      山崎崇弘, 高波友梨子, 中尾暢宏, 江草愛
    • Organizer
      日本食肉科学会
    • Related Report
      2021 Research-status Report

URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2025-01-30  

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