2016 Fiscal Year Annual Research Report
Importance of postexercise calcium ion dynamics to regulate the adaptation of myocytes
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16H03240
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| Research Institution | The University of Electro-Communications |
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Principal Investigator |
狩野 豊 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90293133)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 筋損傷 / 骨格筋 / カルシウムイオン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨格筋の収縮―弛緩サイクルはカルシウムイオンダイナミクス（細胞質中の空間的・時間的な濃度変化の連続）によって制御される．本研究は,「筋収縮に関与しない持続的なカルシウムイオンダイナミクスが運動後に起きており，この現象が骨格筋の肥大(タンパク質合成)や損傷（タンパク質 分解）を制御している」という仮説を立てた．この仮説を検証するために，蛍光顕微鏡および2光子レーザー顕微鏡を導入し，独自に開発した in vivo（生体内）バイオイメージング技法と組み合わせることで，カルシウムイオンダイナミクスと骨格筋適応（筋肥大・損傷）の関連性を検討した．
平成28年度は，Wistar系雄性ラットの前脛骨筋(TA)に電気刺激による伸張性筋収縮（ECC）を負荷し，麻酔下において1日～7日後のTAを生体内環境を維持した状態でカルシウムイオン蛍光指示薬（Fura-2）を負荷し，カルシウムイオンダイナミクスを数時間観察した．その結果，ECC後から数日（1日 - 7日間）経過しているにもかかわらず，筋細胞内カルシウムイオンの分布は筋線維毎に異なり，また，筋線維内でもカルシウムイオンのばらつきが観察された．さらに，麻酔下の安静状態において，カルシウムイオンの上昇と減少が連続的に起こっているカルシウムダイナミクスを観察した. 一方，ECC無負荷のTAにおいて，このような現象は認められなかった．以上の結果から，ECC後は数日間にかけて筋細胞内カルシウムダイナミクスが起こることが明らかにされた．これはタンパク質分解などのシグナル機構として作用する可能性が考えられる．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究の大きな特色は カルシウムイオンの評価法である．我々が独自に開発を進めてきた in vivo モデル（Sonobe et al. 2008, 2010, Eshima et al. 2013, 2015）を基盤として，2光子レーザー顕微鏡を導入することにより空間・時間分解能の改善を試みた．現在までの所，呼吸や拍動によるノイズ処理の問題から，観察法を確立するには至っていない．
しかしながら，従来からの蛍光顕微鏡による in vivo モデルを用いることによって，研究目的である筋損傷モデルにおけるカルシウムイオンのダイナミクス現象を捉えることには成功している．今後は，2光子レーザー顕微鏡の導入によって，空間・時間分解能の改善によるこの現象の詳細な検討に結びつけたいと考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は，運動後のカルシウムイオンダイナミクスを明らかにするために，1. ２光子レーザー顕微鏡によるin vivo Ca2+イメージングモデルの作成，2. 筋小胞体機能の薬理的阻害（ダントロレン）の影響を明らかにする．
実験動物には，ラット（Wistar)ならびにマウス（C57BL/6J）を用いて， in vivo観察モデル（Sonobe et al.2008, Eshima et al.2013を改良）によって，細胞質中のCa2+をリアルタイムに測定する．２光子レーザー顕微鏡の特徴として，高解像度のZ軸方向連続スキャンが可能であるために，筋線維深部の観察，すなわち３次元イメージングの構築を試みる．
実験モデルとして，1）in vitroコントロール，2）in vivoコントロール，3）in vivo筋収縮負荷（アイソメトリック:ISOおよびエキセントリック:ECC負荷），4)ダントロレン負荷を設定する．
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