Metabolic remodeling in dysfunction of the cardiac conduction system: a role of miRNAs
| Project/Area Number |
21K06790
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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 48020:Physiology-related
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
中尾 周 立命館大学, 生命科学部, 講師 (30646956)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
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| Keywords | 心臓電気生理学 / 病態生理学 / 細胞内エネルギー代謝 / 心臓刺激伝導系 / 非コードRNA / 細胞内代謝 |
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| Outline of Research at the Start |
マラソン選手など持久運動のアスリートにみられる安静時に心拍数が低い状態（徐脈）の分子メカニズムを解明するために、私たちの最近の独自データから予想されている心臓ペースメーカ組織・洞房結節組織に特有のエネルギー代謝様式が、運動による徐脈発生にどのように関与しているのかを、個体、組織、細胞、分子の多角的解析によって明らかにする。また、運動によって変化する代謝様式を改善することで徐脈を予防できるかどうかを検証する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
持久運動のアスリートには心拍数の著しい低下（徐脈）の発生リスクが高いが、その分子メカニズムの全貌は明らかでない。研究代表者らは、こうした運動誘発性徐脈の原因として心拍動の指令塔である心臓ペースメーカ組織におけるイオンチャネル機能低下があること、それには特定の転写因子やマイクロRNA（miRNA）の発現変動が重要であることを見出し、さらに、予備実験のRNA-seq解析から、これまで不明であったペースメーカ組織固有の代謝様式を特徴づける遺伝子発現パターンを発見している。本研究で計画している、研究1）心臓ペースメーカ組織に特有の生理学的なエネルギー代謝様式；研究2）持久運動による心臓ペースメーカ組織の代謝様式の変化；研究3）代謝変化と心拍調節機能との関連性およびmiRNAの関与の解明のうち、現時点では研究1)および3)に関連して、心拍生成に関与するエネルギー基質の依存度解析および洞房結節に高発現するmiRNAプロファイリングを実施した。その結果、洞房結節の心拍調節には好気性代謝が優位であることが判明し、さらに依存性の高いエネルギー基質の特定を進めている。また、洞房結節に高発現するmiRNAには心臓の他の領域と共通するものだけでなく洞房結節特異的に発現する可能性のあるmiRNAも含まれていることが見いだされ、これらのmiRNA発現ベクターを作製した。次年度は、このベクターをもちいた脂質代謝因子の転写制御因子へのmiRNAの結合および転写活性の抑制効果の検証に進む。また、研究２）持久運動モデルにおける代謝様式の変化は、マウスモデルを作製し、摘出心臓を用いた組織レベルの電気生理学的解析をエネルギー代謝酵素阻害薬を用いて実施する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究で計画している、1）心臓ペースメーカ組織に特有の生理学的なエネルギー代謝様式；2）持久運動による心臓ペースメーカ組織の代謝様式の変化；3）代謝変化と心拍調節機能との関連性およびmiRNAの関与の解明のうち、現時点では研究1)および3)に関連して、心拍生成に関与するエネルギー基質の依存度解析および洞房結節に高発現するmiRNAプロファイリングを実施した。その結果、洞房結節の心拍調節には好気性代謝が優位であることが判明し、ある程度エネルギー基質の特定が進んでいる。また、洞房結節に高発現するmiRNAには心臓の他の領域と共通するものだけでなく洞房結節特異的に発現する可能性のあるmiRNAも含まれていることが見いだされ、それらのmiRNAの発現ベクタープラスミドを構築した。次年度に代謝制御因子を標的とするmiRNAの特定をバイオインフォマティクス解析ならびにルシフェラーゼ解析によって検証する。
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| Strategy for Future Research Activity |
心臓ペースメーカ組織・洞房結節に特有のエネルギー代謝様式について、洞房結節組織に特異的な代謝産物プロファイルを把握するために、178種類のエネルギー代謝物を高感度に同時定量可能なメタボローム解析を実施する。解糖系および好気性代謝の機能を定量化するために、摘出マウス洞房結節組織における乳酸産生速度（解糖系）と酸素消費速度（ミトコンドリア呼吸）をリアルタイムで測定可能なXF Analyzer（Agilent社）で検証する。さらに、好気性代謝の場であるミトコンドリアの形態解析をマウスあるいはウサギの心臓を用いて蛍光イメージングおよび電子顕微鏡によって検証する。
上述の研究によって明らかになってくる心拍数制御の基盤となる代謝産物および代謝経路が持久運動によってどのように変化するのかを、運動誘発性徐脈モデルマウスについて、XF Analyzerを用いた代謝機能解析およびミトコンドリア形態解析によって検証する。また、見出された代謝変化を標的とする流通医薬品を投与下で運動実験を実施し、運動誘発性徐脈に対する予防効果を検証する。
また、マウスの洞房結節に高発現し、運動刺激によって変動するmiRNAの細胞内代謝の影響を検証するために、それらのmiRNAの標的となりうる、運動で発現変動する代謝制御関連遺伝子をin silico解析によって予測し、さらに培養細胞を用いたルシフェラーゼアッセイで実験的にもそれらの遺伝子発現に影響を及ぼすか否かを検証する。
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Report
(2 results)
Research Products
(26 results)
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[Journal Article] Canonical Wnt signaling activation by chimeric antigen receptors for efficient cardiac differentiation from mouse embryonic stem cells2023
Author(s)
Sogo T, Nakao S, Tsukamoto T, Ueyama T, Harada Y, Ihara D, Ishida T, Nakahara M, Hasegawa K, Akagi Y, Kida Y, Nakagawa O, Nagamune T, Kawahara M, Kawamura T
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Journal Title
Inflamm Regen
Volume: 43
Issue: 1
Pages: 11-11
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Intrinsic electrical remodeling underlies atrioventricular block in athletes.2021
Author(s)
Mesirca P, Nakao S, Nissen SD, Forte G, Anderson C, Trussell T, Li J, Cox C, Zi M, Logantha SJR, Yaar S, Carstensen H, Bidaud I, Stuart L, Soattin L, Morris GM, da Costa Martins PA, Cartwright EJ, Oceandy D, Mangoni ME, Jespersen T, Buhl R, Dobrzynski H, Boyett MR, D'Souza A.
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Journal Title
Circ Res
Volume: 129
Issue: 1
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Remodelling of the Purkinje network in congestive heart failure in the rabbit.2021
Author(s)
Logantha SJRJ, Cai X, Yanni J, Jones C, Stephenson R, Stuart L, Quigley G, Monfredi O, Nakao S, Oh IY, Starborg T, Kitmitto A, Vohra A, Hutcheon R, Corno A, Jarvis J, Dobrzynski H, Boyett M, Hart G.
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Journal Title
Circ Heart Failure
Volume: 14
Issue: 7
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Regulation of sinus node pacemaking and atrioventricular node conduction by HCN channels in health and disease.2021
Author(s)
Boyett MR, Yanni J, Tellez J, Bucchi A, Mesirca P, Cai X, Logantha SJRJ, Wilson C, Anderson C, Ariyaratnam J, Stuart L, Nakao S, Allah EA, Jones S, Lancaster M, Stephenson R, Chandler N, Smith M, Bussey C, Monfredi O, Morris G, Billeter R, Mangoni ME, ZHang H, Hart G, D'Souza A.
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Journal Title
Prog Biophys Mol Biol
Volume: 166
Pages: 61-85
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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