The roles of bioactive lipids in the regulation of neuromuscluar synapse formation

Research Project

Project/Area Number	21K11590
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 59040:Nutrition science and health science-related
Research Institution	Microbial Chemistry Research Foundation
Principal Investigator	荒川正行公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 研究員 (90398868)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	我妻玲東京女子大学, 現代教養学部, 研究員 (00347121) 三橋弘明東海大学, 工学部, 准教授 (20466220)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000) Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000) Fiscal Year 2023: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000) Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	神経筋接合部 / 培養筋管細胞 / 生理活性脂質 / アセチルコリン受容体
Outline of Research at the Start	我が国の高齢化に伴う健康寿命の延伸は、大きな社会的課題である。加齢及び神経筋疾患における初期病態では、運動神経ー骨格筋との一連の神経伝達システムである神経筋シナプス（神経筋接合部：NMJ)の脆弱化・変性が惹起されることが示唆されている。これらの知見から、NMJの変性を予防することは、身体運動の維持を可能とし、健康寿命の延伸を導く可能性を秘めている。本研究では、NMJ形成制御機構における生理活性脂質の役割を解明し、加齢及び神経筋疾患の予防・治療法の開発を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	高齢化社会が進む本邦では、健康寿命の延伸が大きな課題となっている、健康的で豊かな日常を送るための重要なことの一つは、自由に身体を動かせることである。本研究では、運動神経ー骨格筋を結ぶ一連の神経筋シナプス（神経筋接合部：NMJ）に焦点を当て、生理活性脂質におけるNMJの制御機構について解析を行なっている。我々はこれまでに生理活性脂質の一つであるビタミンDが骨格筋に直接作用して、NMJ形成制御に関わることを見出している。本年度は、市販化合物ライブラリーの中から、生理活性脂質の中からステロイドホルモン類の構造を有する化合物を抽出し、アセチルコリン受容体（AChR)凝集に与える影響を調べた。その結果、数種のステロイド系化合物では、単独では、AChR凝集は促進しないが、agrin作用と協調してAChR凝集に影響を及ぼすことが明らかとなった。また、ビタミンDはagrin作用と協調するために、agrin及び活性型ビタミンD(VD3)に対する培養筋管細胞への影響をトランスクリプトーム（RNA-seq)解析を行った結果、NMJ形成に影響する数種の遺伝子発現変化を明らかにした（分担研究者１）。その遺伝子変化に対し再現性をリアルタイムPCR法で調べたところ、mTOR制御に関わる遺伝子AがVD3濃度依存的に発現が上昇することを確認した。この遺伝子Aは培養筋管細胞においてVD3による変化はこれまでに報告されていない。さらに、昨年度確立した神経筋シナプス可視化ゼブラフィッシュモデルを用いたagrin及びビタミンDに対するNMJ形成へ影響では、agrinとVD3を添加し3日目において、共焦点レーザー顕微鏡で観察したところNMJ可視化（rapsyn-EGFP)の輝点の数やNMJ面積がコントロールよりも増加傾向があることが示された。現在、その再現性と薬物濃度について詳細に調べている(分担研究者２）。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 昨年度、細胞培養用の96穴プレートや試薬の流通は、本年度も遅れが生じていて、購入に苦労しているのが現状である。しかし、生理活性脂質のライブラリーの中に興味深い化合物、NMJ制御関連遺伝子の発現変化、神経筋シナプス可視化モデルにおいて、興味深い結果が出てきているので、分担研究者と協力して研究を進めることができている。
Strategy for Future Research Activity	今後は、分担研究者の1人が退職により、本研究から離脱することになったが、網羅的なトランスクリプトーム解析により、ビタミンDに対するNMJ制御関連遺伝子の変化が見られたので、その遺伝子について培養細胞及び動物モデルを用いた解析を続ける方針である。引き続き、AChR凝集活性を示す生理活性脂質の取得と培養細胞および動物モデルを用いた神経筋シナプスの制御メカニズムを解析し、加齢・神経筋疾患の新しい予防・治療法の可能性を追求する。