運動療法の糖・脂質代謝促進効果への骨格筋AMPキナーゼおよびPGC‐1αの役割

2004 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16700481
• Research Institution: National Institute of Health and Nutrition
• Principal Investigator: 三浦 進司 独立行政法人国立健康・栄養研究所, 生活習慣病研究部, 主任研究員 (10342932)
• Keywords: AMP-kinase / PGC-1α / トランスジェニックマウス / 運動療法 / 高脂肪食 / 筋萎縮 / ミトコンドリア・ミオパチー

Research Abstract

骨格筋のAMP-kinaseを特異的に不活性化するために、dominant negative型蛋白質過剰発現マウスを作製したところ、骨格筋特異的にAMP-kinaseのα1およびα2サブユニットの活性低下を認めた。運動負荷によるGLUT4、PGC-1α発現亢進へのAMP-kinaseドミナントネガティブ効果を調べた。その結果、長期間のスイミング運動後のGLUT4 mRNAとPGC-1α蛋白発現量はAMPK-DNマウスでも野生型と同様に増加した。AMPK活性化剤であるAICARを用いた実験結果から、AMPKの恒常的な活性化が"運動療法"を模する作用点である可能性が示唆されていたが、今回の検討では、継続的な運動によるGLUT4やミトコンドリア数の増加は骨格筋のAMPK活性化では説明できなかった。
筋肉組織特異的にPGC-1αを過剰発現させたマウスの表現型の変化を調べた。16週齢マウス骨格筋の凍結切片を組織化学的に検討したところ、筋線維径の大小不同、ミトコンドリア量の著明な増加を認め、それに伴いcytochrome c oxidaseおよびsuccinate dehydrogenase活性の著しい亢進を認めた。電子顕微鏡で観察すると、ミトコンドリア量とz線の厚さが増加し赤筋化を示す所見を得たが、その他の形態学的な異常は認めなかった。Gene Chipを用いて遺伝子発現変化の網羅的な解析を行ったところ、脂肪酸のβ酸化系の酵素や、TCAサイクル、電子伝達系の遺伝子の発現量は著明に増加していた。また、PGC-1αマウスは自発運動量が少ないのにもかかわらずエネルギー消費量が上昇していた。PGC-1αマウスに高脂肪食負荷を行ったところ、体重増加の抑制、体脂肪量の減少が認められた。しかし、筋肉量の減少を伴う除脂肪体重の減少が認められた。PGC-1αマウスの抗肥満効果は大きく、また高脂肪食負荷による筋肉のインスリン情報伝達障害(PI3キナーゼ活性を指標)も改善されていたが、耐糖能やインスリン抵抗性の改善は軽微なものであった。PGC-1αマウスを25週齢まで飼育すると、筋線維の著しい萎縮と脂肪組織の浸潤を認めた。電子顕微鏡で観察すると、ミトコンドリア量の著しい増加と筋原線維の崩壊、さらに多くの自己貪食空胞を認めた。

Research Products

• [Journal Article] Nuclear factor 1 regulates adipose tissues-specific expression in the mouse GLUT4 gene. (2004)
  • Author(s): Miura, S., Tsunoda, N., Ikeda, S., Kai, Y., Cooke, D.W., Lane, M.D., Ezaki, O.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun 325 Pages: 812-818
• [Journal Article] Skeletal muscle FOXO1 (FKHR) transgenic mice have less skeletal muscle mass, down-regulated Type I (slow twitch/red muscle) fiber genes, and impaired glycemic control. (2004)
  • Author(s): Kamei, Y., Miura, S., Suzuki, M., Kai, Y., Mizukami, J., Taniguchi, T., Mochida, K., Hata, T., Matsuda, J., Aburatani, H., Nishino, I., Ezaki, O.
  • Journal Title: J Biol Chem. 279 Pages: 41114-41123