高輝度放射光回折法による心筋アクチン・ミオシン相互作用の心周期内経時解析

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12877116
• Research Institution: Kawasaki Medical School
• Principal Investigator: 辻岡 克彦 川崎医科大学, 医学部, 教授 (30163801)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅 弘之 国立循環器病センター, (研究職)研究所長 (90014117) ; 矢田 豊隆 川崎医科大学, 医学部, 講師 (00210279) ; 奥山 博司 川崎医科大学, 医学部, 講師 (30133333) ; 荒木 淳一 岡山大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助教授 (80271055) ; 八木 直人 高輝度光科学研究センター, 実験部門, (研究職)主席研究員 (80133940)
• Keywords: 心筋 / 放射光 / アクチン / ミオシン / X線回折法 / レーザ回折法

Research Abstract

心筋の収縮・弛緩の基本単位はサルコメアであり、その分子機構はアクチンとミオシンの相互作用であることは良く知られている。本研究では、心筋のアクチンとミオシンの分子間相互作用を3次元的・時系列的に解析することを目的とした。アクチンとミオシンの立体構造を観察するためにX線回折法を用いたが、一心周期内の時系列観測のためには強力なX線源が必要であるので、兵庫県播磨リサーチパークに日本原研と理研が共同で建設し、高輝度光科学研究センターが管理する世界最大の放射光施設Spring-8(Super Photon ring-8 GeV)の放射光を使用した。LB45XUの狭角散乱用のX線は波長1オングストロームとX線散乱に適した波長を有し、放射光子数も10ミリ秒で回折像を得るに十分な明るさである。ラットを麻酔、開胸して心臓を摘出、BDM添加タイロード液にて大動脈より逆向性に心筋を潅流した。右室を切開して乳頭筋を取り出し、張力測定筋長制御装置に装着し、酸素化タイロード液で潅流し、電気刺激で収縮させた。乳頭筋の長軸に垂直な赤道面散乱のうち、ミオシン格子に由来する(1,0)反射とアクチン格子に由来する(1,1)反射の強度の比を計算すればその値が、ミオシンの頭部がアクチン分子にどれだけ近寄っているかの指標となる。等尺性収縮時に、(1,0)/(1,1)比は、張力発生に先行して増加し、張力減少に少し遅れて減少した。ミオシンヘッドがまずアクチン分子に近づき、続いて分子間相互作用が発生して張力発生に至り、張力消滅時にはその逆の過程が発生すると考えられる。等尺性収縮における筋長増加による発生張力の増加時に、ミオシン頭部がアクチンにどれだけ接近しているかを示す(1,0)/(1,1)比は張力の変化と同じ動きをした。これによりスターリング法則の分子立体構造的基盤が、ミオシンヘッドのアクチン分子への接近量の増減によることが明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Yagi N 他8名: "An X-ray diffraction study in rat cardiac muscle"Jpn. J. Physiol.. 50. S78-S78 (2000)
• [Publications] 奥山博司 他8名: "心筋細胞内クロスブリッジの動態"第13回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 00-35. 36-37 (2001)
• [Publications] 八木直人: "X-ray diffraction studies on cross-bridge behavior in cardiac muscle contraction"国立循環器病センターOEC国際シンポジウム抄録集. 27-27 (2001)
• [Publications] 八木直人: "SPring-8を用いた心筋クロスブリッジ動態のミクロ計測"第26回日本微小循環学会総会抄録集. 12-12 (2001)
• [Publications] 奥山博司 他11名: "心筋短縮中のクロスブリッジ動態"第16回生体・生理工学シンポジウム論文集. 241-244 (2001)
• [Publications] Okuyama H 他8名: "Cross-bridge dynamics during loaded shortening in rat cardiac muscle"Jpn. J. Physiol.. 51. S165-S165 (2001)