2016 Fiscal Year Research-status Report
ロイシンのタンパク質合成促進刺激に対する応答の違いを利用した筋肉タイプ別萎縮抑制
| Project/Area Number |
15K07423
|
|---|
| Research Institution | Utsunomiya University |
|---|
Principal Investigator |
吉澤 史昭 宇都宮大学, 農学部, 教授 (10269243)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
|
| Keywords | ロイシン / 筋肉タイプ / タンパク質合成 / mTOR / Sestrin2 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
タイプの異なる筋線維に対するロイシンの作用の差異を明らかにすることを目指して、筋線維組成の異なる骨格筋を用いて、それぞれの骨格筋のロイシンに対する応答感度の違いを調べた。絶食ラットに投与量を変えてロイシンを経口投与し、タンパク質合成活性の指標であるS6K1および4E-BP1のリン酸化の投与反応曲線を作成して、ロイシンに対する感受性を骨格筋ごとに評価した。S6K1のリン酸化は、ヒラメ筋と足底筋、長趾伸筋と前脛骨筋がそれぞれ類似した用量反応性を示した。ヒラメ筋と足底筋の投与反応曲線はシグモイド曲線的であり、投与量変化にともなうS6K1のリン酸化の変化の幅は小さかった。一方、長趾伸筋と前脛骨筋の投与反応曲線は飽和曲線的であり、腓腹筋のS6K1のリン酸化は、ヒラメ筋・足底筋型変化と長趾伸筋・前脛骨筋型変化の中間的な変化であった。また、50%有効量(ED50)は、ヒラメ筋、足底筋、長趾伸筋、腓腹筋、前脛骨筋の順に小さかった。4E-BP1のリン酸化は、ヒラメ筋でシグモイド曲線的な用量反応性を示したが、他の骨格筋ではロイシン投与により増加はしたものの、プラトーに達せず、ED50を算出できなかった。次に、ロイシンに対する応答が骨格筋ごとに異なる原因を探るために、細胞内ロイシンセンサーと考えられているSestrin2のmRNA発現量を骨格筋ごとに調べた。その結果、Sestrin2 mRNA発現量は骨格筋ごとに異なっており、遅筋線維を多く含むヒラメ筋と速筋線維を多く含む長趾伸筋において他の骨格筋と比べて多く発現していた。しかし、Sestrin2 mRNAの発現量とS6K1のリン酸化に相関はみられず、ロイシンに対する応答感度とSestrin2の関係を明らかにするためには、Sestrin2のタンパク質量を調べる必要がある。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度実施予定であった、絶食ラットに投与量を変えてロイシンを経口投与し、タンパク質合成活性の指標であるS6K1および4E-BP1のリン酸化の投与反応曲線から、ロイシンに対する応答感度を骨格筋ごとに調べる実験を完了した。また、初年度に開始予定であった、遅筋と速筋におけるロイシンの「感知」の相違の明確化を目指した実験にも着手し、ロイシンのセンサー分子と考えられているSestrin2のmRNA発現量を測定し、骨格筋間で比較した。さらに、筋線維タイプの特性に関係する遺伝子（Myl3, Myh7, Tnnt1, Tnni1, Tnnc1 等)に注目し、ロイシン投与にともなうこれらのmRNA量の変化を骨格筋ごとに調べて、遅筋と速筋におけるロイシン刺激の「ターゲット遺伝子」の相違を明確にする実験にも着手して、現在解析中である。当初の研究計画において本年度は、筋萎縮モデル動物を用いてロイシンによる筋肉タイプ特異的な萎縮抑制効果を調べるために、グルココルチコイドの過剰投与による筋萎縮モデル動物の作成条件の検討を行うことになっていたが、この検討もほぼ済んでいる。以上を総合的に考えて、現在のところ研究は順調に進展していると判断した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
グルココルチコイド(GC)は、タンパク質の異化亢進と同化抑制をもたらし、筋萎縮を引き起こすが、その作用は骨格筋を含めほぼ全ての組織に存在するリガンド依存性転写因子であり核内レセプターのひとつであるグルココルチコイドレセプター(GR)との結合を介して発現される。ラットの骨格筋では、遅筋と比べて速筋の方がGR発現量は多く、GCによる筋萎縮は速筋の方が起きやすい。老化による筋萎縮は、速筋型タイプの筋線維に顕著に見られるため、GCによる筋萎縮モデルは、老化による筋萎縮の研究モデルのひとつとして有用である。時間制限給餌に馴致したラットに、給餌開始直前にロイシンを強制的に経口投与して２週間程度飼育する。その後、数日間合成GCの一種であるデキサメタゾンを経腹腔投与して筋萎縮を誘導する。なお、この期間もロイシン投与は同様に継続する。最終投与の翌日に屠殺し、遅筋（ヒラメ筋）、速筋（長趾伸筋）、混合筋（腓腹筋）の筋肉重量、横断面積、mTORシグナル伝達系の活性、筋線維タイプの特性に関係する遺伝子のmRNA量、さらに萎縮に関連するタンパク質分解系の遺伝子（ユビキチン‐プロテアソーム系(atrogin-1, MuRF1)とオートファジー系(LC3, Bnip3 等)）のmRNA量を測定して、ロイシン無投与の対照群と比較することでロイシン投与の萎縮抑制効果を骨格筋ごとに調べる。さらに、不活動のモデルとして広く用いられている後肢をギプス固定した廃用性筋萎縮モデルラットを用いて、ロイシンによる筋肉タイプ特異的な萎縮抑制効果を調べる予定である。
|
