Role of Piezo channels in mechanosesing of skeletal muscle cells -Improvement of skeletal muscle function by stimulation of Piezo channels-

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H03160
• Research Institution: Toyohashi Sozo University
• Principal Investigator: 後藤 勝正 (山下勝正) 豊橋創造大学, 保健医療学部, 教授 (70239961)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 骨格筋 / 機械的刺激 / チャネル / Ca2+

Outline of Annual Research Achievements

健康長寿を目指して運動が推奨されている。特に、運動器である骨格筋の機能の維持向上が重要な課題である。しかし、加齢に伴う骨格筋量と機能の低下（サルコペニア）に対する適切な運動処方は確立しておらず、早急に解決が望まれている。サルコペニアは、日常生活活動に大きな変化がなくとも発症し、骨格筋機能と量は低下することが知られている。したがって、運動刺激に対する感受性が低下することが、加齢に伴う骨格筋機能や量の低下を引き起こすことを強く示唆する。一方、骨格筋は機械的刺激に応答して適応を示すものの、骨格筋が機械的刺激を受容する仕組みは未だに明らかにされていない。そこで本研究では、骨格筋細胞における機械的刺激受容チャネルとしてのピエゾチャネルに着目し、運動刺激に対する骨格筋の適応における機械的刺激受容機構を解明し、ピエゾチャネル活性化による運動効果獲得増強法およびサルコペニア予防と改善策を確立ための知的基盤を形成することを目的としている。本研究は4年計画で実施され、2019年度はその2年目に当たる。2019年度は、実験動物（マウス）から単離した筋衛星細胞を用いて、機械的刺激（ストレッチ）ならびに作用機序（作用部位）の異なる2種類のピエゾチャネルアゴニストによるピエゾチャネル修飾に対する筋細胞の応答を検討した。その結果、機械的刺激により細胞内Ca2+濃度の増加が確認され、アゴニストの作用機序の違いによらず細胞内Ca2+濃度増加は促進した。一方で、アゴニストの作用機序の違いにより筋管形成作用は異なり、筋管の直径あるいは長さをそれぞれ増大させる効果を持つことをが確認された。したがって、ピエゾチャネルの刺激部位により作動する細胞内シグナルが異なることが示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

マウスから単離した初代培養細胞（筋衛星細胞）を用いたピエゾチャネルチャネル機能解析は、当初計画の通り順調に進んでいる。現在、チャネル活性化剤の種類ならびに濃度および作用時間の違いによる適応変化の追究も開始しており、おおむね順調に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

培養細胞を用いた機能解析を進め、骨格筋細胞における機械的刺激受容機構としてのピエゾチャネルチャネルの役割を解明する。さらに、骨格筋組織レベルの機能解析を行うための準備を進める計画である。

Research Products

• [Journal Article] 筋トレの生化学：筋肥大のメカニズム (2020)
  • Author(s): 後藤勝正
  • Journal Title: 臨床リハビリテーション Volume: 29 Pages: 116-122
• [Journal Article] Lactate stimulates a potential for hypertrophy and regeneration of mouse skeletal muscle (2019)
  • Author(s): Ohno, Y., Ando, K., Ito, T., Suda, Y., Matsui, Y., Oyama, A., Kaneko, H., Yokoyama, S., Egawa, T., Goto, K.
  • Journal Title: Nutrients Volume: 11 Pages: 869～869
  • DOI: 10.3390/nu11040869
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MENS-associated increase of muscular protein content via modulation of caveolin-3 and TRIM72 (2019)
  • Author(s): Ohno, Y., Egawa, T., Yokoyama, S., Fujiya, H., Sugiura, T., Ohira, Y., Yoshioka, T., Goto, K.
  • Journal Title: Physiological Research Volume: 68 Pages: 265～273
  • DOI: 10.33549/physiolres.933992
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Impact of different temperature stimuli on the expression of myosin heavy chain isoforms during recovery from bupivacaine-induced muscle injury in rats (2019)
  • Author(s): Shibaguchi, T., Hoshi, M., Yoshihara, T., Naito, H., Goto, K., Yoshioka, T., Sugiura, T.
  • Journal Title: Journal of Applied Physiology Volume: 127 Pages: 178～189
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00930.2018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The protective effect of Brazilian propolis against glycation stress in mouse skeletal muscle (2019)
  • Author(s): Egawa, T., Ohno, Y., Yokoyama, S., Yokokawa, T., Tsuda, S., Goto, K., Hayashi, T.
  • Journal Title: Foods Volume: 8 Pages: 439～439
  • DOI: 10.3390/foods8100439
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Role of 72-kDa heat shock protein in heat-stimulated regeneration of injured muscle in rat (2019)
  • Author(s): Kami K., Ohira, T., Oishi, Y., Nakajima, T., Goto, K., Ohira, Y.
  • Journal Title: Journal of Histochemistry & Cytochemistry Volume: 67 Pages: 791～799
  • DOI: 10.1369/0022155419859861
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 宇宙医学研究からロコモティブシンドロームを解明する (2019)
  • Author(s): 後藤勝正
  • Journal Title: 整形災害外科 Volume: 62 Pages: 763-770
• [Presentation] A physiological role of inter-organ network between gastrointestine and skeletal muscle on the regulation of skeletal muscle volume (2019)
  • Author(s): Goto, K., Aoshima, M., Suzuki, T., Kanda, Y., Inagaki, R., Akiyama, K., Yokoyama, S.
  • Organizer: Experimental Biology 2019 (EB2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 持続的なTRPV4チャネルの活性化と不活性化による筋管細胞の適応 (2019)
  • Author(s): 萩原ありさ，山下智大，Ortuste Quiroga, H.P.，伊藤理香，大野善隆，横山真吾，後藤勝正
  • Organizer: 第74回日本体力医学会大会
• [Presentation] 筋細胞の分化におけるHSP70特異的核輸送体Hikeshiの役割 (2019)
  • Author(s): 山下智大，Ortuste Quiroga, H.P.，萩原ありさ，横山真吾，大野善隆，杉浦崇夫，大平充宣，吉岡利忠，後藤勝正
  • Organizer: 第74回日本体力医学会大会
• [Presentation] Some aspects of mechanosensitive ion channels in myogenesis (2019)
  • Author(s): Ortuste Quiroga, H.P., Yamashita, Y., Hagiwara, A., Yokoyama, S., Suzuki, Y., Tominaga, M., Goto, K.
  • Organizer: 第74回日本体力医学会大会
• [Presentation] 自発走運動によるマウス骨格筋適応に対する糖化ストレスの影響 (2019)
  • Author(s): 江川達郎，大野善隆，横山真吾，小川岳史，後藤勝正，林達也
  • Organizer: 第74回日本体力医学会大会
• [Presentation] 長期間の機能的過負荷による筋サテライト細胞と筋タンパク合成シグナルの変化 (2019)
  • Author(s): 杉浦崇夫，森廣壮馬，芝口翼，内藤久士，後藤勝正，吉岡利忠
  • Organizer: 第74回日本体力医学会大会
• [Presentation] Functional properties of a novel mechanosensitive Ca2+-permeable channel in mouse muscle satellite cells (2019)
  • Author(s): Ortuste Quiroga, H.P., Yamashita, T., Hagiwara, A., Yokoyama, S., Suzuki, Y., Tominaga, M., Goto, K.
  • Organizer: Frontiers in Myogenesis, Skeletal Muscle: Development, Regeneration and Disease
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] HSP70-specific nuclear transporter Hikeshi in myogenic differentiation (2019)
  • Author(s): Yamashita, T., Ortuste Quiroga, H.P., Hagiwara, A., Yokoyama, S., Ohno, Y., Sugiura, T., Ohira, Y., Yoshioka, T., Goto, K.
  • Organizer: Frontiers in Myogenesis, Skeletal Muscle: Development, Regeneration and Disease
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ACL断裂症例のオーダーメイドリハプログラムの実現に向けて（第6報）－筋線維タイプからみた至適な手術日－ (2019)
  • Author(s): 小林哲士，植原健二，木城智，皆川直毅，鈴木智裕，小倉裕司，黒坂光寿，後藤勝正，仁木久照
  • Organizer: 第34回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] 骨格筋由来乳酸による骨格筋量調整に関する基礎的研究 (2019)
  • Author(s): 大野善隆，伊藤貴史，松井佑樹，安藤孝輝，須田陽平，横山真吾，後藤勝正
  • Organizer: 第24回日本基礎理学療法学会学術大会
• [Presentation] 骨格筋細胞可塑性発現におけるTRPV4と機械的刺激の受容 (2019)
  • Author(s): 萩原ありさ，大野善隆，横山真吾，後藤勝正
  • Organizer: 第65回日本宇宙航空環境医学会大会
• [Presentation] 後肢懸垂時に発生する糖化ストレスによるマウスヒラメ筋萎縮への影響 (2019)
  • Author(s): 江川達郎，横川拓海，木戸康平，後藤勝正，林達也
  • Organizer: 第65回日本宇宙航空環境医学会大会
• [Presentation] 乳酸受容体刺激が骨格筋量に及ぼす影響 (2019)
  • Author(s): 大野善隆，須田陽平，安藤孝輝，松井佑樹，伊藤貴史，金子陽加里，大山明子，横山真吾，江川達郎，後藤勝正
  • Organizer: 第24回日本体力医学会東海地方会学術集会
• [Presentation] A possible of gastric inhibitory polypeptide in the regulation of skeletal muscle mass (2019)
  • Author(s): Goto, K., Aoshima, M., Hagiwara, A., Yamashita, T., Ortuste Quiroga, H.P., Yokoyama, S.
  • Organizer: 第97回日本生理学会大会