Sulfur metabolism in functional and structural remodeling of skeletal muscles
Publicly Offered Research
| Project Area | Transomic Analysis of Metabolic Adaptation |
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| Project/Area Number |
20H04832
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Biological Sciences
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
本橋 ほづみ 東北大学, 加齢医学研究所, 教授 (00282351)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Discontinued (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000)
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| Keywords | 炎症応答 / マクロファージ / 代謝物 / 骨格筋 / 硫黄代謝 / 炎症 / NRF2 / ミトコンドリア / 脂肪酸 / ベータ酸化 / 運動機能 |
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| Outline of Research at the Start |
NRF2は生体防御において中心的役割を担う転写活性化因子である。最近申請者らは、NRF2が硫黄代謝を促進することにより、ミトコンドリア膜電位の維持に貢献することを見出した。本研究では、ミトコンドリアの硫黄依存性エネルギー代謝の生理的な意義と、NRF2の活性化がもたらすエネルギー代謝改善における活性硫黄種の貢献を明らかにすることを目的とする。骨格筋の機能的なパーフォーマンス改善における代謝アダプテーションと、トレーニングによる骨格筋の器質的リモデリングを支えるマクロファージの代謝アダプテーションに着目して解析をすすめる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ミトコンドリアの硫黄依存性エネルギー代謝の生理的な意義と、NRF2の活性化がもたらすエネルギー代謝改善における活性硫黄種の貢献を明らかにすることを目的とした。特に、骨格筋の機能的なパーフォーマンス改善における代謝アダプテーションと、トレーニングによる骨格筋の器質的リモデリングを支えるマクロファージの代謝アダプテーションに着目して解析をすすめた。本年は、後者を中心に解析を進めた。マクロファージでは低酸素応答の鍵因子であるHIFの活性化が炎症応答を増強させることが報告されているものの、実際の低酸素環境における炎症応答の実態は不明である。そこで、低酸素環境下で培養したマクロファージと、通常酸素環境下で培養したマクロファージの炎症応答の比較を行った。その結果、前者で炎症応答が顕著に増強していることがわかった。これがHIFの活性化によるものかどうかを調べたが、HIFの標的遺伝子の動きはほとんどなく、代謝物解析によっても、HIFの活性化をもたらすとされるコハク酸の蓄積はみとめられなかった。一方、慢性低酸素状態において顕著に変化する代謝物を調べたところ、ビタミンB6の活性化型であるピリドキサールリン酸の減少がみとめられた。ミトコンドリアの硫黄代謝において、システインパースルフィドや硫化水素などの活性硫黄種の産生においては、ピリドキサールリン酸が補酵素として重要な役割を担っている。これにより、慢性低酸素にさらされたマクロファージでは、ピリドキサールリン酸の枯渇による硫黄代謝の抑制が起こっているものと予想された。ミトンドリアの硫黄代謝の抑制は、炎症の増悪をもたらすことが報告されていることから、循環器や呼吸器の疾患に伴う慢性低酸素状態は、マクロファージによる炎症応答を遷延させ、骨格筋における炎症の持続をもたらし、サルコペニアの素地を形成する一因となっているものと考えられる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(72 results)
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[Journal Article] Sulfide catabolism ameliorates hypoxic brain injury.2021
Author(s)
Marutani E, Morita M, Hirai S, Kai S, Grange RMH, Miyazaki Y, Nagashima F, Traeger L, Magliocca A, Ida T, Matsunaga T, Batten A, Li R, Tanaka T, Ikeda T, Nakagawa A, Atochin DN, Ihara H, Olenchock BA, Shen X, Nishida M, Hanaoka K, Kevil CG, Xian M, Bloch DB, Akaike T, Hindle AG, Motohashi H, Ichinose F, et al.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 3108-3108
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Skeletal muscle-specific Keap1 disruption modulates fatty acid utilization and enhances exercise capacity in female mice.2021
Author(s)
Onoki T, Izumi Y, Takahashi M, Murakami S, Matsumaru D, Ohta N, Wati SM, Hatanaka N, Katsuoka F, Okutsu M, Yabe Y, Hagiwara Y, Kanzaki M, Bamba T, Itoi E, Motohashi H*.
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Journal Title
Redox Biol.
Volume: 43
Pages: 101966-101966
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Methods in sulfide and persulfide research.2021
Author(s)
Takata Tsuyoshi, Jung Minkyung, Matsunaga Tetsuro, Ida Tomoaki, Morita Masanobu, Motohashi Hozumi, Shen Xinggui, Kevil Christopher G., Fukuto Jon M., Akaike Takaaki.
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Journal Title
Nitric Oxide
Volume: 116
Pages: 47-64
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] p62/SQSTM1-droplet serves as a platform for autophagosome formation and anti-oxidative stress response2021
Author(s)
Kageyama S, Gudmundsson SR, Sou YS, Ichimura Y, Tamura N, Kazuno S, Ueno T, Miura Y, Noshiro D, Abe M, Mizushima T, Miura N, Okuda S, Motohashi H, Lee JA, Sakimura K, Ohe T, Noda NN, Waguri S, Eskelinen EL, Komatsu M.
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 12
Issue: 1
Pages: 16-16
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] The pivotal role of sulfide catabolism in hypoxia tolerance2021
Author(s)
Marutani E, Morita M, Hirai S, Kai S, Grange RMH, Miyazaki Y, Nagashima F, Trager L, Magliocca A, Ida T, Matsunaga T, Flicker DR, Corman BHP, Mori N, Yamazaki Y, Batten A, Li R, Tanaka T, Ikwda T, Nakagawa A, Atochin DN, Ihara H, Olenchock BA, Shen X, Nishida M, Hanaoka K, Kevil CG, Xian M, Bloch DB, Akaike T, et al.
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Journal Title
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Skeletanl muscle-specific Keap1 disruption modulates fatty acid utilization and enhances exercise capacity in female mice2021
Author(s)
Onoki T, Izumi Y, Takahashi M, Murakami S, Matsumaru D, Ohta N, Wati SM, Hatanaka N, Katsuoka F, Okutsu M, Yabe Y, Hagiwara Y, Kanzaki M, Bamba T, Itoi E, Motohashi H
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