Metabolic alterations of urea cycle and anti-fatigue effect of ornithine administration in fatigued animals

• Project/Area Number: 25882051
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Applied health science
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: KUME Satoshi 独立行政法人理化学研究所, ライフサイエンス技術基盤研究センター, 特別研究員 (30708441)
• Project Period (FY): 2013-08-30 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: 疲労科学 / 疲労・慢性疲労 / 代謝解析 / バイオインフォマティクス / 予防医学 / 酵素遺伝子発現解析 / 尿素回路 / 代謝性炎症 / 健康科学 / 応用健康科学 / メタボローム解析 / 遺伝子発現解析 / 疲労代謝回路 / エネルギー代謝異常

Outline of Final Research Achievements

By conducting a plasma metabolomic analysis of a rat model of fatigue, the fatigued rats showed distinctive changes in metabolites related to branched-chain amino acid metabolism, urea cycle, and proline metabolism. Further, the levels of ATP were significantly decreased in the liver and skeletal muscle of the fatigued rats, indicative of a deterioration in energy metabolism in these organs. We biochemically examined an influence of ornithine, one of metabolites in urea cycle, forward the urea cycle and energy metabolism. The ornithine administration has limited effectiveness on energy metabolism and urea cycle while a flow of ornithine to other pathways was observed.

Research Products

• [Journal Article] Potential biomarkers of fatigue identified by plasma metabolome analysis in rats. (2015)
  • Author(s): Kume, S., Yamato, M., Tamura, Y., Jin, G., Nakano, M., Miyashige, Y., Eguchi, A., Ogata, Y., Goda, N., Iwai, K., Yamano, E., Watanabe, Y., Soga, T., and Kataoka, Y.
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 10(3) Issue: 3 Pages: e0120106-e0120106
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0120106
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] メタボローム解析による疲労病態研究と慢性疲労症候群診断バイオマーカーの開発 (2014)
  • Author(s): 久米慧嗣，山野恵美，片岡洋祐
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 249 Pages: 299-303
• [Presentation] 水浸疲労負荷動物モデルを用いた肝臓での疲労代謝回路および代謝性組織炎症の実証研究 (2015)
  • Author(s): 久米 慧嗣、大和 正典、中野 真行、江口 麻美、田村 泰久、片岡 洋祐
  • Organizer: 第11回日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 山口・山口県総合保健会館
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [Presentation] 疲労負荷動物モデルを利用した疲労の潜在的バイオマーカーの探索研究 (2015)
  • Author(s): 久米 慧嗣、大和 正典、中野 真行、江口 麻美、田村 泰久、山野 恵美、 渡辺 恭良、曽我 朋義、片岡 洋祐
  • Organizer: 第11回日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 山口・山口県総合保健会館
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [Presentation] Neuroinflammation is possibly involved in prolonged suppression of rat spontaneous activity induced by monofluoroacetate, an inhibitor for TCA cycle (2014)
  • Author(s): Yamato, M., Kume, S., Miyashige, Y., Nakano, M., Tamura, Y., Eguchi, A., Kataoka, Y.
  • Organizer: SOCIETY for NEUROSCIENCE
  • Place of Presentation: Washington, DC, U.S.A.
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Possible involvement of neuroinflammation in prolonged suppression of rat spontaneous activity by monofluoroacetate, an inhibitor for TCA cycle (2014)
  • Author(s): 大和正典、久米慧嗣、金光華、宮繁志治、中野真行、田村泰久、江口麻美、片岡洋祐
  • Organizer: 第37回 日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜・パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Fatigue Metabolic Pathway and Hepatic Inflammation in a Rat Model of Fatigue (2014)
  • Author(s): 8.Kume, S., Yamato, M., Miyashige Y., Nakano, M., Eguchi, A., Tamura, Y., Kataoka, Y.
  • Organizer: 第4回 理研Genomic Sciences Research Complex（GSC）七夕ミーティング
  • Place of Presentation: 横浜・理化学研究所 横浜キャンパス
  • Year and Date: 2014-07-11
• [Presentation] Activation of Fatigue Metabolic Pathway Induces Hepatic Inflammation in a Rat Model of Fatigue (2014)
  • Author(s): Kume, S., Yamato, M., Miyashige, Y., Nakano, M., Eguchi, A., Tamura, Y., Kataoka, Y.
  • Organizer: Metabolomics 2014
  • Place of Presentation: 山形県鶴岡市
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-26
• [Presentation] Metabolome analysis for identifying biomarkers of Chronic Fatigue Syndrome (2014)
  • Author(s): Yamano, E., Kume, S., Yamato, M., Tajima, S., Hirayama, A., Fukuda, S., Kuratsune, H., Watanabe, Y., Soga, T., Kataoka, Y.
  • Organizer: Metabolomics 2014
  • Place of Presentation: 山形県鶴岡市
  • Year and Date: 2014-06-23 – 2014-06-26
• [Presentation] 水浸疲労負荷モデル動物の肝臓における疲労代謝回路の活性化と組織炎症 (2014)
  • Author(s): 久米慧嗣、大和正典、宮繁志治、中野真行、江口麻美、田村泰久、片岡洋祐
  • Organizer: 第10回 日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 大阪・グランフロント大阪
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Presentation] メタボローム解析による慢性疲労症候群診断バイオマーカーの検討 (2014)
  • Author(s): 山野恵美、久米慧嗣、大和正典、田島世貴、福田早苗、倉恒弘彦、渡辺恭良、片岡洋祐
  • Organizer: 第10回 日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 大阪・グランフロント大阪
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Presentation] エネルギー代謝の低下に着目した疲労動物モデルの作製と評価 (2014)
  • Author(s): 大和正典、久米慧嗣、金光華、宮繁志治、中野真行、江口麻美、田村泰久、片岡洋祐
  • Organizer: 第10回 日本疲労学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 大阪・グランフロント大阪
  • Year and Date: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [Presentation] ラットモデルを用いた疲労バイオマーカーの同定 (2013)
  • Author(s): 久米 慧嗣 他
  • Organizer: 第8回メタボロームシンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡・九州大学
• [Presentation] Metabolic Biomarkers of Fatigue in a Rat Model Using Multivariate Analysis (2013)
  • Author(s): 久米 慧嗣 他
  • Organizer: AMT-BHI 2013
  • Place of Presentation: 群馬・前橋テレサ