2017 Fiscal Year Annual Research Report
Developmental changes in the balance of glycolytic ATP production and oxidative phosphorylation in ventricular cells
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16K16393
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
佐野 ひとみ 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特別研究員(RPD) (70584019)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 代謝シミュレーション / 数理モデル / ミトコンドリア / 解糖系 / シミュレーション / システム生物学 / 電気生理 / 低酸素応答 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心筋細胞の発生過程では，イオンチャネルの量的・質的変化，Ca(2+)動態に関わる筋小胞体（SR）とT管構造の変化，エネルギー産生機構（好気・嫌気代謝の割合等）の変化が起こる．胎生期から新生仔期を経て，成体に至るまでの過程で，各要素が収縮に対する役割を変えながら，常に拍動を維持する必要があり，いずれの要素・相互作用の破綻も，正常な収縮に支障を来す．要素間の相互作用が発生過程の如何なる段階でも正常に制御されることが重要だが，多くの実験データは代表的な発生段階における単一の要素に着目した記述・考察に留まっている．申請者は，包括的心筋細胞モデルを活用してイオンチャネルの量的変化を表現し，胎生初期段階の自発興奮，及び後期段階から新生仔期における活動電位波形の変化をコンピュータ・シミュレーションにより再現した．本研究では，胎仔期と成体における代謝動態を再現するため，数理モデルの拡張とパラメータの実装を行った．胎仔期と成体のモデルではATP産生に関わる解糖系，ミトコンドリアの電子伝達系，クレアチンリン酸分解のバランスが異なる．この違いにより，胎仔期モデルと成体モデルでは解糖系の中間代謝物の濃度が異なる値で定常に至ることを示した．シミュレーションで示された濃度の違いは，実験的にそれぞれの濃度を測定した文献データと定性的に一致した．また，低酸素環境に晒すシミュレーションを行った結果，胎仔期の心筋細胞において(1)グリコーゲン濃度が高い，（2)解糖系上流の酵素活性が高い，(3)総クレアチン量が少ない，という３つの特徴がいずれも低酸素環境における収縮力の維持に寄与することを示した．
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Research Products
(2 results)
