多様な筋幹細胞による新奇筋線維型制御機構の解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K18788
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 鈴木 貴弘 北海道大学, 農学研究院, 助教 (80750877)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 筋幹細胞 / 衛星細胞 / 筋線維型 / 早期決定機構 / 分泌因子 / 多機能性細胞制御因子 / semaphorin/netrin連関

Outline of Annual Research Achievements

骨格筋細胞の筋線維型(遅筋・速筋・中間型筋)は食肉の質と深い繋がりがあるため、これを自在に制御出来れば食肉生産技術向上へ大きく貢献できる。筋線維型を決定する主な要因は、成熟した筋細胞を取り巻く運動神経支配による影響だと広く定義されている。しかし、筋成長・肥大・再生に重要な役割を担う筋幹細胞(衛星細胞)が、互いに融合して新たに形成する筋細胞(筋管)の筋線維型は、神経支配の影響を受ける前に衛星細胞からの分泌因子によって制御される「早期決定機構」が存在するという仮説を着想した。これまでに、遅筋から単離した衛星細胞において速筋よりも多量に分泌される多機能性細胞制御因子semaphorin 3A(Sema3A)が、筋管の遅筋化を誘導することを突き止めたが(Tatsumi et al. 2017. STEM CELLS)、速筋化誘導因子に関しては全く不明である。そこで本研究では、その候補因子として、筋芽細胞で発現し、かつ神経系においてSema3Aと拮抗した生理機能を発揮することが報告されているnetrin familyに着目した。
平成29年度は、netrin-1, 3, 4および5とその受容体(neogenin, BOC, CDO, UNC5A, UNC5B, UNC5CおよびUNC5D)の発現パターンを詳細に調べた。その結果、Sema3Aと同様に衛星細胞の分化誘導後に発現量が増加し、筋管形成期から成熟期にかけて減少する様相を示したnetrin familyのサブタイプは、netrin-1であることを明らかにした。興味深いことにnetrin-1の発現パターンは、Sema3Aとは逆に速筋から単離した衛星細胞において遅筋よりも高かったため、速筋化誘導因子として機能する可能性が高いと考えられた。その他のサブタイプでは、大きな発現変動は認められなかった。また、衛星細胞において発現が認められたnetrin familyの受容体はneogenin, BOC, CDO, UNC5BおよびUNC5Cであった。しかし、速筋および遅筋から単離した衛星細胞における発現量の差は認められなかった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

netrin familyの速筋化誘導機能の有無の直接的な検証には至らなかったが、詳細な発現パターンの検証によりnetrin-1が有力な候補因子となることを明らかにした。また、衛星細胞で発現するnetrin familyの受容体を絞り込めたため、次年度以降の検証作業がスムーズに進めることが期待される。

Strategy for Future Research Activity

衛星細胞の初代培養系や筋芽細胞株を用いたnetrin-1の過剰発現または発現抑制の両実験系を確立し、筋線維型のマーカーとなる成熟型ミオシン重鎖アイソフォームや代謝関連因子の発現パターンおよび筋管中のミトコンドリア含量等の変化を調べることで、直接的に速筋化誘導作用の有無を検証する。また、速筋化誘導作用が認められた場合には、本機構に関与する受容体を同定するため、H29年度の研究成果において衛星細胞で発現が認められたと報告したnetrin family受容体の発現抑制実験および中和抗体を用いた活性抑制実験を行い、筋線維型の各マーカーの発現パターンの変化を検証する予定である。さらに、netrin-1とSema3Aの連関を検証するために、衛星細胞特異的にSema3Aをconditional knockoutしたマウスの遅筋および速筋を用いて、Sema3A発現抑制時のnetrin-1の代替的な発現変化を生体レベルで調べる予定である。

Research Products

• [Journal Article] Fluorescence microscopy data on expression of Paired Box Transcription Factor 7 in skeletal muscle of APOBEC2 knockout mice (2018)
  • Author(s): Ohtsubo Hideaki、Sato Yusuke、Matsuyoshi Yuji、Suzuki Takahiro、Mizunoya Wataru、Nakamura Mako、Tatsumi Ryuichi、Ikeuchi Yoshihide
  • Journal Title: Data in Brief Volume: 17 Pages: 1348～1351
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.dib.2018.02.063
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] HSP90 modulates the myosin replacement rate in myofibrils (2018)
  • Author(s): Ojima Koichi、Ichimura Emi、Suzuki Takahiro、Oe Mika、Muroya Susumu、Nishimura Takanori
  • Journal Title: American Journal of Physiology-Cell Physiology Volume: 315 Pages: C104～C114
  • DOI: https://doi.org/10.1152/ajpcell.00245.2017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 食品としての油脂が骨格筋の代謝特性へ与える影響と筋線維タイプとの関連 (2018)
  • Author(s): 小宮佑介, 丸山アレクサンデル, 渡辺裕介, 内田直愛, 大津翔平, 小林千亜暉, 横山壱成, 鈴木貴弘, 中村真子, 辰巳隆一, 池内義秀, 水野谷航, 有原圭三
  • Journal Title: 栄養生理研究会報 Volume: 62 Pages: 9-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Slow-Myofiber Commitment by Semaphorin 3A Secreted from Myogenic Stem Cells (2017)
  • Author(s): Tatsumi, R., Suzuki, T., Do, M.-K. Q., Ohya, Y., Anderson, JE., Shibata, A., Kawaguchi, M., Ohya, S., Ohtsubo, H., Mizunoya, W., Sawano, S., Komiya, Y., Ichitsubo, R., Ojima, K., Nishimatsu, S-I., Nohno, T., Ohsawa, Y., Sunada, Y., Nakamura, M., Furuse, M., Ikeuchi, Y., Nishimura, T., Yagi, T., and Allen, RE.
  • Journal Title: STEM CELLS Volume: 35 Pages: 1815～1834
  • DOI: 10.1002/stem.2639
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Isoflavones and their metabolites influence the milk component synthesis ability of mammary epithelial cells through prolactin/STAT5 signaling (2017)
  • Author(s): Tsugami, Y., Matsunaga, K., Suzuki, T., Nishimura, T., and Kobayashi, K.
  • Journal Title: Molecular Nutrition & Food Research Volume: 61 Pages: 1700156～1700156
  • DOI: 10.1002/mnfr.201700156
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Myosin substitution rate is affected by the amount of cytosolic myosin in cultured muscle cells (2017)
  • Author(s): Ojima, K., Ichimura, E., Yasukawa, Y., Oe, M., Muroya, S., Suzuki, T., Wakamatsu, J., and Nishimura, T.
  • Journal Title: Animal Science Journal Volume: 88 Pages: 1788～1793
  • DOI: 10.1111/asj.12826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phytoestrogens Weaken the Blood?Milk Barrier in Lactating Mammary Epithelial Cells by Affecting Tight Junctions and Cell Viability (2017)
  • Author(s): Tsugami, Y., Matsunaga, K., Suzuki, T., Nishimura, T., and Kobayashi, K.
  • Journal Title: Journal of Agricultural and Food Chemistry Volume: 65 Pages: 11118～11124
  • DOI: 10.1021/acs.jafc.7b04786
  • Peer Reviewed
• [Presentation] イヌ肺動脈に異種移植したウシ由来バイオシートの組織構造 (2018)
  • Author(s): 今山知佳, 鈴木貴弘, 小林謙, 三谷朋弘, 市居修, 中山泰秀, 古越真耶, 池田哲平, 小千田圭吾, 西邑隆徳
  • Organizer: 日本畜産学会大会 第124回大会
• [Presentation] 衛星細胞由来のSema3Aによる遅筋線維の形成誘導メカニズムの解析 (2018)
  • Author(s): 橋本尚弥, 西百合子, 森愛華, 小林謙, 辰巳隆一, 西邑隆徳, 鈴木貴弘
  • Organizer: 日本畜産学会大会 第124回大会
• [Presentation] 筋幹細胞由来分泌因子による筋線維型制御機構に関する研究-速筋化誘導因子の候補netrinに着目して- (2017)
  • Author(s): 鈴木貴弘, 森愛華, 西百合子, 橋本尚弥, 小林謙, 辰巳隆一, 西邑隆徳
  • Organizer: 第3回日本筋学会学術集会
• [Presentation] 骨格筋筋原線維内ミオシン分子の置換はHsp90により促進される (2017)
  • Author(s): 尾嶋孝一, 市村恵美, 大江美香, 室谷進, 鈴木貴弘, 西邑隆徳
  • Organizer: 日本畜産学会大会 第123回大会
• [Remarks] 骨格筋の幹細胞（筋衛星細胞; サテライト細胞）による筋線維型決定機構に関する研究
  • URL: http://lab.agr.hokudai.ac.jp/cell_tissue_biology/?page_id=92