Elucidation of muscle atropy mechanism from space environment.

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 18H04965
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 高橋 智 筑波大学, 医学医療系, 教授 (50271896)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000); Fiscal Year 2019: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2018: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: 筋萎縮 / 微小重力 / 宇宙実験 / マウス

Outline of Annual Research Achievements

1. 培養細胞への遺伝子導入を用いたin vitroスクリーニングと分子機序の解明
昨年度に引き続き、マウス横紋筋由来筋芽細胞株であるC2C12細胞を用いて、筋萎縮に対する影響を定量的に評価した。網羅的解析によって抽出した候補遺伝子をアデノウイルスベクターを用いて遺伝子導入することにより、筋線維径への影響をスクリーニングした。さらに、詳細な分子メカニズムを探るため、siRNAを用いてC2C12において当該遺伝子をノックダウンし、既知の各種筋萎縮誘発剤に耐性を持つか検討することにより、当該遺伝子が関与する筋萎縮の分子機序を明らかにした。過剰発現細胞およびノックダウン細胞を用いて既知の筋萎縮シグナル伝達経路への影響や新規筋萎縮シグナル伝達経路の解明を目的に、分子生物学的アプローチで解析を行なった。その結果、筋萎縮を誘導すると考えられる新たな候補遺伝子を２つ同定した。そのうちの一つはフォスファターゼと考えられたが、酵素活性部位に変異を導入しても萎縮を誘導したため、フォスファターゼ活性は必要無いものと考えられた。
2. 遺伝子改変マウスの作製と個体レベルでの候補遺伝子のin vivo機能解析
アデノウイルスベクターをマウス新生児の前脛骨筋に導入することにより、遺伝子過剰発現による表現型を解析した。また昨年度までの解析で、筋萎縮を誘導する候補遺伝子を４遺伝子同定し、それらの遺伝子について、CRISPR/Cas9を用いて遺伝子欠損マウスを作製した。それらの遺伝子欠損マウスの全身の表現型および骨格筋における表現型の解析を行った。候補遺伝子でファミリーを形成しているものについては、骨格筋での重複した発現が確認できたため、多重変異マウスの作製を行い、表現型の解析を行った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Florida State University/Loma Linda University/University of Arkansas(米国)
• [Journal Article] Down-regulation of GATA1-dependent erythrocyte-related genes in the spleens of mice exposed to a space travel (2019)
  • Author(s): Horie Kenta、Sasanuma Hiroki、Kudo Takashi、Fujita Shin-ichiro、Miyauchi Maki、Miyao Takahisa、Seki Takao、Akiyama Nobuko、Takakura Yuki、Shimbo Miki、Jeon Hyojung、Shirakawa Masaki、Shiba Dai、Yoshida Nobuaki、Muratani Masafumi、Takahashi Satoru、Akiyama Taishin
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 444-444
  • DOI: 10.1038/s41598-019-44067-9
  • NAID: 120007133360
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Impact of spaceflight on the murine thymus and mitigation by exposure to artificial gravity during spaceflight (2019)
  • Author(s): Horie Kenta、Kato Tamotsu、Kudo Takashi、Sasanuma Hiroki、Miyauchi Maki、Akiyama Nobuko、Miyao Takahisa、Seki Takao、Ishikawa Tatsuya、Takakura Yuki、Shirakawa Masaki、Shiba Dai、Hamada Michito、Jeon Hyojung、Yoshida Nobuaki、Inoue Jun-ichiro、Muratani Masafumi、Takahashi Satoru、Ohno Hiroshi、Akiyama Taishin
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 19866-19866
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56432-9
  • NAID: 120007132915
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Male mice, caged in the International space station for 35 days, sire healthy offspring. (2019)
  • Author(s): Matsumura T, Noda T, Muratani M, Okada R, Yamane M, Isotani A, Kudo T, Takahashi S, Ikawa M.
  • Journal Title: Scientific Research Volume: 9 Issue: 1 Pages: 13733-13733
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50128-w
  • NAID: 120006957452
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of Spaceflight and Artificial Gravity on the Mouse Retina: Biochemical and Proteomic Analysis (2018)
  • Author(s): Mao Xiao、Byrum Stephanie、Nishiyama Nina、Pecaut Michael、Sridharan Vijayalakshmi、Boerma Marjan、Tackett Alan、Shiba Dai、Shirakawa Masaki、Takahashi Satoru、Delp Michael
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 19 Issue: 9 Pages: 2546-2546
  • DOI: 10.3390/ijms19092546
  • NAID: 120007128313
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Long-term hindlimb unloading causes a preferential reduction of medullary thymic epithelial cells expressing autoimmune regulator (Aire) (2018)
  • Author(s): Horie Kenta、Kudo Takashi、Yoshinaga Riko、Akiyama Nobuko、Sasanuma Hiroki、Kobayashi Tetsuya J.、Shimbo Miki、Jeon Hyojung、Miyao Takahisa、Miyauchi Maki、Shirakawa Masaki、Shiba Dai、Yoshida Nobuaki、Muratani Masafumi、Takahashi Satoru、Akiyama Taishin
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 501 Issue: 3 Pages: 745-750
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.05.060
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Remarks] 解剖学・発生学研究室
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/anatomy/embryology/index.html
• [Remarks] 筑波大学 医学医療系 解剖学・発生学研究室
  • URL: http://www.md.tsukuba.ac.jp/basic-med/anatomy/embryology/index.html