マウス心臓自動能の生後発達に関する生理学実験とシミュレーション研究

• Project Area: Establishment of Integrative Multi-level Systems Biology and its Applications
• Project/Area Number: 23136501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Akita University
• Principal Investigator: 尾野 恭一 秋田大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70185635)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2012: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2011: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 心臓自動能 / シミュレーション / 洞房結節 / 発達 / イオンチャネル

Outline of Annual Research Achievements

個体の心拍リズムは洞房結節の発火頻度により決まる．洞房結節細胞には自動性がそなわっており，その仕組みについて，細胞の微細構造や細胞内あるいは細胞膜分子（蛋白質）の定量的な解析に基づいた数理モデルが提唱されている．本研究では，この手法を生後発達に伴うマウスの心拍数変化に応用し，心臓ペースメーカー機転に関わる分子の生後変化を定量・数式化し，コンピュータ上で再現することを目的としてスタートした。これまでに、以下の実験結果を得ている。
１）in vivoの心拍数測定：　当研究室で開発されたピエゾセンサーを用いて，非侵襲的に生直後マウスからの心拍数測定をおこなった。 その結果、自律神経の影響を遮断した環境下において、マウスの心拍数は生直後300回/分程度であり、生後4日頃より次第に増加し、生後10日目で成獣とほぼ同等の約450回/分に達した。
２）洞房結節標本を用いた薬理学的解析：　単離した洞房結節標本の拍動数は生体の自律神経遮断下の内因性心拍数とほぼ同じ生後変化を示した。種々のイオンチャネルの阻害薬の効果を検討したところ、T型Caチャネルに選択性を有するMibefradilが生直後よりも成獣において強い心拍抑制作用を有することがわかった。
３）単離洞房結節細胞を用いたイオン電流の記録とその機能解析及：　単離細胞よりイオン電流を記録し，その電流密度及びキネティクスを測定した。L型Ca電流の電流電圧特性が新生マウスにおいては成獣よりも脱分極側にシフトしており、T型Caチャネル電流振幅は新生マウスでは小さい傾向が見られた。
これらの結果から、Ca電流の電流密度およびキネティクスの変化が生後の心拍数変化に関与していることが示唆された。以上の結果について、Journal of Physiological Sciencesに発表した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The mechanism of increased postnatal heart rate and sinoatrial node pacemaker activity in mice (2013)
  • Author(s): Adachi T, Shibata S, Okamoto Y, Sato S, Fujisawa S, Ohba T, Ono K.
  • Journal Title: J Physiol Sci Volume: 63(2) Issue: 2 Pages: 133-146
  • DOI: 10.1007/s12576-012-0248-1
  • NAID: 10031169597
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytosolic Ca^<2+>-induced apoptosis in rat cardiomyocytes via mitochondrial NO-cGMP-protein kinase G pathway (2013)
  • Author(s): Seya K, Ono K, Fujisawa S, Okumura K, Motomura S, Furukawa K.
  • Journal Title: J Pharmacol Exp Ther Volume: 344(1) Issue: 1 Pages: 77-84
  • DOI: 10.1124/jpet.112.198176
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arrhythmogenic coupling between the Na^<+->Ca^<2+> exchanger and inositol 1,4,5-triphosphate receptor in rat pulmonary vein cardiomyocytes (2012)
  • Author(s): Okamoto Y, Takano M, Ohba T, Ono K
  • Journal Title: J Mol Cell Cardiol Volume: 52(5) Issue: 5 Pages: 988-997
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2012.01.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct Effects of Esmolol and Landiolol on Cardiac Function, Coronary Vasoactivity, and Ventricular Electrophysiology in Guinea-Pig Hearts (2012)
  • Author(s): Shibata S, Okamoto Y, Endo S, Ono K.
  • Journal Title: Journal of Pharmacological Sciences Volume: 118 Issue: 2 Pages: 255-265
  • DOI: 10.1254/jphs.11202FP
  • NAID: 10030455076
  • ISSN: 1347-8613, 1347-8648
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 心臓拍動研究の最前線：イオンチャネルとカルシウムクロック (2012)
  • Author(s): 尾野恭一
  • Journal Title: 秋田県医師会雑誌 Volume: 63 Pages: 57-66
• [Journal Article] 心臓拍動研究の最前線
  • Author(s): 尾野恭一
  • Journal Title: 秋田医学会雑誌 Volume: (印刷中)
• [Presentation] Arrhythmogenic nature of pulmonary vein cardiomyocytes (2013)
  • Author(s): Ono K
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] PZTセンサーを用いた循環動態測定‐麻酔下モルモットにおける検討‐ (2013)
  • Author(s): Adachi T
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] 圧負荷における心肥大および心筋線維化におけるSTIM1の役割 (2013)
  • Author(s): Ohba T
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-29
• [Presentation] アルファ2受容体刺激薬、デクスメデトミジンのモルモットにおける心機能、冠動脈に対する効果 (2013)
  • Author(s): Hongoh M
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] Analysis of the transient outward and ultra-rapid delayed rectifier potassium current in isolated right atrial myocytes from atrial fibrillation patients (2013)
  • Author(s): Chunpeng Zhang
  • Organizer: 第90回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-03-28
• [Presentation] Comparative effects of dexmedetomidine and clonidine, alpha 2 agonist, on cardiac function, coronary vasoactivity, and ventricular electrophysiology in guinea- pig (2012)
  • Author(s): Shibata S
  • Organizer: Annual congress of European Society of intensive care medicine
  • Place of Presentation: Lisbon
  • Year and Date: 2012-10-16
• [Presentation] Caクロックと異常心臓自動能 (2012)
  • Author(s): 尾野 恭一
  • Organizer: 統合的多階層生体機能学領域の確立とその応用
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2012-07-23
• [Presentation] 超短時間作用型β1遮断薬エスモロールのモルモット心室筋イオン電流に対する作用 (2012)
  • Author(s): 柴田繁啓、岡本洋介、大場貴喜、安達健、藤澤進、佐藤紳一、尾野恭一
  • Organizer: 第42回心脈管作動物質学会
  • Place of Presentation: 秋田市
• [Presentation] 肺静脈心筋細胞におけるノルエピネフリン誘発自動能へのCaクロックの関与 (2012)
  • Author(s): 尾野恭一、岡本洋介、安達健、大場貴喜、鷹野誠
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 松本
• [Presentation] マウス洞房結節細胞における自動能の生後変化 (2012)
  • Author(s): 安達健、岡本洋介、佐藤紳一、藤澤進、大場貴喜、柴田繁啓、尾野恭一
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 松本
• [Presentation] 超短時間作用型β1遮断薬エスモロールはモルモット心室細胞の外向き電流を活性化する (2012)
  • Author(s): 柴田繁啓、岡本洋介、藤澤進、大場貴喜、佐藤紳一、安達健、尾野恭一
  • Organizer: 第89回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 松本
• [Presentation] STIM1ノックアウトマウスにおける心肥大抑制効果 (2011)
  • Author(s): 大場貴喜、渡邊博之、伊藤宏、尾野恭一
  • Organizer: 2011生理学研究所研究会
  • Place of Presentation: 岡崎生理学研究所
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] マウス心臓自動能の生後発達に関する生理学実験とシミュレーション (2011)
  • Author(s): 尾野恭一
  • Organizer: 統合的多階層生体機能学領域の確立とその応用
  • Place of Presentation: 大阪大学中之島センター