Ischemic postconditioning mechanism mediated by mitochondrial calcium uniporter

Research Project

Project/Area Number	22K09240
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 56010:Neurosurgery-related
Research Institution	Nara Medical University
Principal Investigator	中川一郎奈良県立医科大学, 医学部, 病院教授 (20550825)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 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: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	MCU / Ischemic PostC / Mitochondria / postconditioning / MPTP / NMDA / reperfusion injury
Outline of Research at the Start	ミトコンドリア局在 KATP チャンネルの活性化がミトコンドリア膜透過性遷移孔 (MPTP) の部分的な開口を誘導し神経保護効果をもたらすことを解明し、ミトコンドリア膜電位(⊿ψ) の調整が ischemic post-conditioning 現象の重要な因子であることを明らかにした。一方、最近ミトコンドリア細胞内膜に存在するミトコンドリアカルシウムユニポーター (MCU) の分子構造が解明され注目されている。今回申請者はischemic post-conditioning 現象における MCU の役割についてパッチクランプ法を用いて電気生理学的に検証し、本現象の詳細な機序を明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	虚血再灌流障害に対する神経保護作用として、虚血ポストコンディショニング（PostC）現象が知られている。PostCの重要なプロセスの一つは、ミトコンドリアATP依存性カリウム（mito-KATP）チャネルの開口とミトコンドリア膜電位の脱分極であり、これをきっかけにミトコンドリア透過性移行孔（mPTP）が低伝導で開口し、ミトコンドリアからカルシウムイオンが放出される。ミトコンドリアカルシウムユニポーター（MCU）は、ミトコンドリア内膜に存在するCa2+を内側に取り込むための高感度トランスポーターとして知られており、神経変性疾患、がん、虚血性脳卒中などの疾患の新たな治療標的として注目されている。今回はMCUのPostCへに関与について研究を進めた。本研究では、C57BLマウスの海馬CA1錐体細胞に全細胞パッチクランプ法を用い、PostCにおいてRuthenium red 265（Ru265）によるMCU阻害下で、自発性興奮性シナプス後電流（sEPSC）、細胞内Ca2+濃度、ミトコンドリア膜電位、N-メチルD-アスパルテート受容体（NMDAR）電流の変化を計測した。MCUの阻害により、再灌流後のsEPSC発生率（p = 0.008）、NMDAR電流（p < 0.001）、細胞内Ca2+濃度（p < 0.001）、死細胞（p < 0.001）が有意に増加し、PostCにおける神経保護作用が除去されていることが示されました。さらに、Ru265を添加したPostCにおけるミトコンドリア脱分極は、再灌流後に徐々に減少した（p < 0.001）。これらの結果から、MCUはPostCにおいて、ミトコンドリアの脱分極を維持することでNMDARの過活性化を抑制し、I/R障害に対する細胞内Ca2+濃度の上昇を防ぐという重要な役割を担っていると考えられる。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 薬剤の入荷遅れなどがあったが研究はおおむね順調に進んでいる。
Strategy for Future Research Activity	ミトコンドリアカルシウムユニポーターの役割についてさらに詳細な電気生理学的検討を進めていく。