筋細胞微細器官の三次元モデル構築及び筋収縮時における構造変化のリアルタイム観察法

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11558003
• Research Institution: National Institute of Fitness and Sports in Kanoya
• Principal Investigator: 竹倉 宏明 鹿屋体育大学, 体育学部, 教授 (00206963)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 春日 規克 愛知教育大学, 教育学部, 教授 (60152659)
• Keywords: 骨格筋 / 興奮収縮連関 / 筋小胞体 / T管 / 電子顕微鏡 / 筋収縮 / 筋細胞内膜系 / トライアド

Research Abstract

骨格筋の興奮収縮連関の機能制御に直接関与する筋細胞内膜系(横行小管(T管)系と筋小胞体:SR)は、運動、発育、不活動(除神経、関節固定)などに伴い、比較的容易にその構造様式の特徴を変化させ、極めて柔軟に機能の変化を引き起こす可能性が報告されている。また、T管とSRによって形成されるトライアドは筋細胞が収縮している最中に、筋細胞内での位置や方向などの構造様式が変化することも報告されている。本年度は、骨格筋が収縮している最中の筋細胞内膜系の立体構造変化と内膜系複合体の生理的役割の解明に関する検討を行った。筋細胞内膜系複合体は電子顕微鏡及び共焦点レーザー走査蛍光顕微鏡を用いて組織化学的手法により観察し、得られた画像から立体構造モデルを作製した。下り走などの伸張性収縮の繰り返しによって筋細胞の収縮蛋白質が部分的に崩壊した際に、ペンタド(pentad)やヘプタド(heptad)といった筋細胞内膜複合体が頻繁に出現し、特に速筋線維における出現が顕著であった。これらの内膜複合体には、2種類のCa^<2+>チャンネルの存在が電子顕微鏡により確認された。また、[^3H]nitrendipineや[^3H]ryanodineの結合やCa^<2+>トランジェントの実験結果から、これらの内膜複合体は筋細胞内において機能的なCa^<2+> release unitsとして興奮収縮連関の機能発現に関与している可能性が示唆された。運動神経を一時的に凍結することで骨格筋細胞を短期間、除神経の状態にすると、内膜複合体の数が一過性に増加するものの、活動電位の伝搬の回復に伴いその数は急激に低下した。従って、これらの内膜複合体は筋細胞の不活動の状態によって筋細胞内に発現する何らかの情報を基に形成され、不活動状態にある筋細胞内において収縮のためのCa^<2+>を増加させる代償的役割を担っている可能性も示唆された。

Research Products

• [Publications] Takekura, H.: "Sequential docking, molecular differentiation, and positioning of T-tubule/SR junctions in developing mouse skeletal muscle"Dev.Biol.. 239. 204-214 (2001)
• [Publications] Takekura, H.: "Eccentric exercise-induced morphological changes in the membrane systems involved in excitation-contraction coupling in rat skeletal muscle"J.Physiol.. 533. 571-583 (2001)
• [Publications] 春日規克: "伸張性収縮による筋損傷・回復期の機能と形態変化"愛知教育大学研究報告. 50. 53-59 (2001)
• [Publications] 春日規克: "発育期の骨格筋に対する至適運動に関する研究"体力科学. 50. 55-57 (2001)