Modification of mitochondrial function by myoglobin located in inner-mitochondria space in myocytes

• Project/Area Number: 23K21597
• Project/Area Number (Other): 21H03318 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59020:Sports sciences-related
• Research Institution: Kanazawa University
• Principal Investigator: 増田 和実 金沢大学, 学校教育系, 教授 (50323283)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 芝口 翼 金沢大学, GS教育系, 講師 (40785953)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2021: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: 筋細胞 / ミトコンドリア / ミオグロビン / 相互作用 / タンパク質輸送

Outline of Research at the Start

健康増進のためには運動や食事を含む健全な生活習慣を通じて、とりわけ骨格筋のミトコンドリア（Mito）の機能の向上が重要である。我々は心筋や骨格筋の細胞にしか存在しないタンパク質：ミオグロビン（Mb）がMito呼吸能力を上昇させることを発見したが、MbがMitoと機能的に相互作用する生理学的機序については全く不明である。本研究では、MbとMitoの単離・精製と細胞生物学的解析やMitoのタンパク質輸送過程の解析を進める。本研究を通じてエネルギー代謝の要であるMitoの機能の維持・増進への新たな制御機構の解明につなげることへ挑戦する。

Outline of Annual Research Achievements

筋のミトコンドリア（Mito）の基質酸化能力の向上は細胞機能の恒常性にとって重要な要素である。R4年度までに細胞質の酸素結合タンパク質であるミオグロビン（Mb）がMitoに内在し、呼吸鎖複合体との相互作用を通じてMito呼吸機能を高めている可能性を見出した。R5年度では、ラット骨格筋におけるMito内のMb-COXIV相互作用に対する持久的トレーニングの効果を検証することを目的に、持久性トレーニングを負荷したラット骨格筋からMitoを単離し、Mitoに内在するMbを定量比較した。8週齢の雄性Wistarラットに6週間のトレッドミルを用いた持久性ランニングトレーニングを実施した後、足底筋を摘出し、Mito単離や生化学的分析に用いた。持久性トレーニング後の骨格筋ではMito含量が増加した。また、単離Mitoにおいて、複合体IV依存性の酸素消費量と複合体IV活性が上昇していた。さらに、持久性トレーニングは全筋レベルでのMb発現を増加させたと共に、Mito内在型Mb量とMb-COXIV相互作用を増加させた。これらの知見は、持久性トレーニングによって誘発されるMito内在型Mbの増加に伴うMbとCOXIVとの相互作用の亢進が、複合体IV活性を向上させてMito呼吸調節に寄与している可能性を示唆している。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Data on mitochondrial respiratory function in skeletal muscle of adult male mice in response to 3-weeks heat stress (2024)
  • Author(s): Koma R, Matsumoto T, Yamazaki A, Shibaguchi T, Jue T and Masuda K
  • Journal Title: Data in Brief Volume: 53 Pages: 110091-110091
  • DOI: 10.1016/j.dib.2024.110091
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Endurance training increases mitochondrial myoglobin and enhances its interaction with complex IV in rat plantaris muscle (2024)
  • Author(s): Koma R, Shibaguchi T, Yamada T, Nonaka Y, Yamazaki A, Jue T and Masuda K
  • Journal Title: Acta Physiol Volume: 240 Issue: 5
  • DOI: 10.1111/apha.14139
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TOM complex-independent transport pathway of myoglobin into mitochondria in C2C12 myotubes (2023)
  • Author(s): Koma R, Shibaguchi T, Araiso Y, Yamada T, Nonaka Y, Jue T and Masuda K
  • Journal Title: Physiol Rep Volume: 11 Issue: 7
  • DOI: 10.14814/phy2.15632
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 運動による骨格筋のミトコンドリア代謝機能の亢進と健康促進に対する意義 (2022)
  • Author(s): 増田和実, 芝口翼
  • Journal Title: 実験医学増刊 Volume: 40 Pages: 178-185
• [Journal Article] Muscle immobilization delays abrupt change in myoglobin saturation at onset of muscle contraction (2022)
  • Author(s): Takakura H, Yamada T, Furuichi Y, Hashimoto T, Iwase S, Jue T and Masuda K
  • Journal Title: J Phys Fitness Sports Med Volume: 11 Pages: 87-96
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Curcumin induces mitochondrial biogenesis by increasing cyclic AMP levels via phosphodiesterase 4A inhibition in skeletal muscle (2021)
  • Author(s): Hamidie DRR, Shibaguchi T, Yamada T, Koma R, Ishizawa R, Saito Y, Hosoi T and Masuda K
  • Journal Title: Br J Nutr Volume: 126 Pages: 1642-1650
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Mitochondrial protein import and its physiological significance on mitochondrial and cell function (2023)
  • Author(s): Masuda K
  • Organizer: The 10th federation of the Asian and Oceanian physiological societies (FAOPS 2023)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Endurance training increases interaction of myoglobin with complex IV in skeletal muscle (2023)
  • Author(s): Koma R, Shibaguchi T, Nonaka Y, Jue T and Masuda K
  • Organizer: American College of Sports Medicine 70th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 凍結筋組織から単離したミトコンドリアの呼吸機能 (2023)
  • Author(s): 小間陸嗣, 芝口翼, 野中雄大, 山崎綾夏, 増田和実
  • Organizer: 第35回日本体力医学会北陸地方会大会
• [Presentation] 異なる筋種におけるミトコンドリアプロファイルの違い (2023)
  • Author(s): 日光泰斗, 小間陸嗣, 芝口翼, 野中雄大, 山崎綾夏, 増田和実
  • Organizer: 第35回日本体力医学会北陸地方会大会
• [Presentation] 過去の運動経験が持久性再トレーニング後の筋肥大応答を増強する機序の探索 (2023)
  • Author(s): 芝口翼, 小間陸嗣, 山崎綾夏, 野中雄大, 増田和実
  • Organizer: 第31回日本運動生理学会大会
• [Presentation] Muscle immobilization delays abrupt change in myoglobin saturation at onset of muscle contraction (2023)
  • Author(s): Takakura H, Yamada T, Furuichi Y, Hashimoto T, Iwase S, Jue T and Masuda K
  • Organizer: 日本体力医学会特別大会
• [Presentation] Experience of endurance exercise training augments the hypertrophic effects of exercise in plantaris muscle of re-trained rats (2023)
  • Author(s): Shibaguchi T, Koma R, Nonaka Y, Yamazaki A and Masuda K
  • Organizer: The 10th federation of the Asian and Oceanian physiological societies (FAOPS 2023)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 異なる筋種から単離したミトコンドリアの呼吸機能の特徴 (2023)
  • Author(s): 小間陸嗣, 日光泰斗, 山崎綾夏, 芝口翼, 増田和実
  • Organizer: 第46回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 温熱刺激が骨格筋のミトコンドリア呼吸機能とミトコンドリア内在型ミオグロビンに及ぼす影響 (2023)
  • Author(s): 小間陸嗣, 松本龍樹, 日光泰斗, 芝口翼, 山崎綾夏, 増田和実
  • Organizer: 令和5年度北陸スポーツ・体育学会大会
• [Presentation] 骨格筋ミトコンドリアへのミオグロビン輸送にTOM複合体は関与するか？ (2022)
  • Author(s): 小間陸嗣, 芝口翼, 野中雄大, 増田和実
  • Organizer: 第77回日本体力医学会大会
• [Presentation] 骨格筋ミトコンドリアの内部で相互作用するミオグロビンに対する持久性トレーニングの影響 (2022)
  • Author(s): 小間陸嗣, 芝口翼, 野中雄大, 増田和実
  • Organizer: 第34回呼吸研究会
• [Presentation] 持久性トレーニングによる骨格筋ミトコンドリア内在型ミオグロビン量の変化 (2022)
  • Author(s): 小間陸嗣, 芝口翼, 野中雄大, 増田和実
  • Organizer: 令和4年度北陸スポーツ・体育学会大会
• [Presentation] Interaction of myoglobin with Hsp70 chaperone: implication in mitochondrial translocation via Tom complex (2022)
  • Author(s): Koma R, Shibaguchi T, Jue T and Masuda K
  • Organizer: American College of Sports Medicine 69th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 骨格筋ミトコンドリアへのミオグロビンの候補輸送機序 (2021)
  • Author(s): 小間陸嗣, 芝口翼, 増田和実
  • Organizer: 令和3年度 北陸スポーツ・体育学会大会
• [Presentation] 骨格筋細胞のミトコンドリア内在型ミオグロビンと呼吸鎖複合体IVの相互作用 (2021)
  • Author(s): 小間陸嗣, 芝口翼, 増田和実
  • Organizer: 第76回日本体力医学会大会
• [Presentation] Submitochondrial localization of myoglobin in skeletal muscle (2021)
  • Author(s): Koma R, Shibaguchi T, Oka T, Jue T, Masuda K
  • Organizer: American College of Sports Medicine 68th Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Book] ミトコンドリアダイナミクス ～機能研究から疾患・老化まで（第4章第1節を担当） (2021)
  • Author(s): 増田和実, 他82名
  • Total Pages: 458
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437466
• [Remarks] 金沢大学運動生理学研究室Website
  • URL: http://exercisephysiol.com