The mechanisms of exercise-induced glucose utilization by hexokinase and mitochodria in skeletal muscle

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K13196
• Research Institution: Niigata University of Health and Welfare
• Principal Investigator: 増田 紘之 新潟医療福祉大学, 健康科学部, 助教 (10738561)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 運動 / 骨格筋 / ミトコンドリア / ヘキソキナーゼ / Akt

Outline of Annual Research Achievements

血糖(グルコース)は骨格筋の重要なエネルギー源であり、運動中に活動筋がGLUT4 の働きによって血糖を盛んに取り込むという分子機序はよく知られている。しかし、活発に取り込まれた血糖が余すことなく効率的に解糖系とミトコンドリアでのATP 生成に利用されるのに必要な機序には不明な点が多い。そこで、解糖系の源流段階に位置し、取り込まれた血糖をリン酸化するヘキソキナーゼが、ミトコンドリアと協調して活動筋の血糖利用に重要な役割を果たすとの可能性を考えた。本研究は、「運動中に活動筋ではヘキソキナーゼのミトコンドリア膜への結合が増加する（仮説1）」 そして、「この結合増加は、ミトコンドリアでのエネルギー生成に寄与する（仮説2）」との検証仮説を立て、実験動物にラットを用いて検討した。
安静状態と比較して検討した結果、まず、運動することで活動筋のAkt キナーゼがインスリン非依存的に活性化されることを確かめた。例えば、心筋では、Aktキナーゼ活性化がヘキソキナーゼのミトコンドリア膜への結合を促すことが報告されている（Miyamoto et al. Cell Death Differ 2008）。そこで、運動中の活動筋でも、Akt キナーゼ活性化を介してヘキソキナーゼのミトコンドリア膜への結合が増加することで、エネルギー生成に寄与していると予想した。しかし、活動筋でのヘキソキナーゼのミトコンドリア膜への結合は、安静状態と比べて変化は見られなかった。したがって、活動筋での効率的な血糖利用のために、ヘキソキナーゼのミトコンドリア膜の結合の関与は小さいのかもしれない。一つの可能性として、安静状態で既にこの結合が十分に高められている可能性が考えられる。また、これらの結果は、中強度運動を負荷して得られたものであり、更なる運動強度別に比較した検討も必要である。