Mechanism of cardiac disease induced by periodontal disease and its therapeutic target of Epac1

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K06862
• Research Institution: Tsurumi University
• Principal Investigator: 奥村 敏 鶴見大学, 歯学部, 教授 (60233475)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 歯周病 / リポポリサッカライド / 心不全 / アポトーシス / 線維化 / シグナル伝達

Outline of Annual Research Achievements

【目的】 歯周病は心血管系疾患の危険因子であることは周知の事実であるが、そのメカニズムに関する分子レベルでの研究は不十分である。本研究では、Porphyromonas gingivalis (PG) 由来のlipopolysaccharide (LPS) が心機能に及ぼす影響を検討した。
【方法】 雄マウス（C57BL6/J, 8週齢）を用いてPBS投与群（コントロール群）とPG菌由来のLPS 投与群 (PG-LPS投与群; 4mg/kg/day i.p.）を作成した。投与期間中と投与4週後、心エコーによる心機能測定後に心臓を摘出し、マッソントリクローム染色による線維化面積とTUNEL染色によりアポトーシス陽性細胞の割合の評価を行い、ウエスタンブロッティングによる関連シグナルの解析を行った。
【結果】　PG-LPS投与1週後の心機能 (leftventricular ejection fraction) は、有意に低下し (投与前　vs. 投与後 : 69 ± 0.5 () vs. 61 ± 1.8 (1w) %)、その傾向は投与4週目 (60 ± 0.1%) まで続いた (P < 0.01)。またPG-LPS投与群では線維化領域は約12倍、TUNEL陽性心筋細胞は約3倍の増加が確認された。以上のメカニズムとして 1) PG-LPS投与によるカルモジュリンキナー(CaMKII) の過剰なリン酸化　(Thr-286)　により、筋小胞体　(SR) のCa2+の出入に重要なホスホランバン (Thr-17) とリアノジン受容体 (Ser-2448) の過剰なリン酸化がおこり、心筋細胞質内へのCa2+の遊離の増加、2) Akt/mTORC1経路の活性化によるオートファジーの抑制が考えられた。
【結論】CaMKIIならびにmTORは歯周病を合併する心疾患の有用な治療標的になる。

Current Status of Research Progress

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

Reason

歯周病の主要な病原菌(Porphylomonas gingivalis:PG菌)由来のリポポリサッカライドを中等度の歯周病患者で検出されるレベルの低濃度(0.8mg/kg/day)を4週間投与することで心筋細胞のアポトーシス、心臓線維化領域の拡大、心機能の低下が見られた。またのメカニズムとしてCaMKIIとmTORの関与が示唆された。以上のシグナルはベータアドレナリン受容体シグナルと関連するシグナルである。したがって今年度得られた研究成果は、PG菌由来のLPS投与による心不全発症に心臓型アデニル酸シクラーゼ(5型AC)-Epac(exchange protein direcly activated by cyclic AMP)経路が重要な役割を示唆されているという本研究の仮説を強く示唆している。

Strategy for Future Research Activity

PG菌由来のLPSによる心不全発症にベータアドレナリン受容体シグナルが重要な役割をはたしている予備実験結果を2018年度は生化学的所見で得ることができた。2019年度以降はPG菌由来のLPSによる心機能低下がβ遮断薬の併用投与により抑制されるかについて検討していく予定である。2019年度は心エコーのみの心機能評価であったが、心筋スキンド標本を用いてミオフィラメントのリン酸化、カルシウム感受性、ATPase消費、tension costに及ぼす影響、経食道心房頻回刺激による心房細動誘発率や心房細動持続率に与える影響を調べる。また今回用いているPG-LPS投与による歯周病モデルの血清中のサイトカイン濃度測定、Toll-lile receptor 4の阻害剤(TAK-242)により心機能抑制に及ぼす影響も調べる予定である。

Causes of Carryover

2018年度行う予定の実験がマウスの準備状況で2019年度に行うことになったため。

Research Products

• [Journal Article] β-aderenergic signaling in masseter muscle (2019)
  • Author(s): Ito A, Ohnuki Y, Suita K, Ishikawa M, Mototani Y, Shiozawa K, Kawamura N, Yagisawa Y, Nariyama M, Nakamura Y, Okumura S
  • Journal Title: PLoS One Volume: 14 Pages: e0215539
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0215539
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effects of chronic Porphylomonas gingivalis lipopolysaccharide infusion on skeletal muscle (2019)
  • Author(s): Kawamura N, Ohnuki Y, Matsuo I, Suita K, Ishikawa M, Mototani Y, Shiozawa K, Ito A, Yagisawa Y, Hayakawa Y, Nariyama M, Ujiie Y, Gomi K, *Okumura S
  • Journal Title: J Physiol Sci Volume: 69 Pages: 503-511
  • DOI: 10.1007/s12576-019-00670-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Relationship between bite size per mouthful and dental arch size in healthy subjects (2019)
  • Author(s): Shiozawa K, Mototani Y, Suita K, Ito A, Kawamura N, Yagisawa Y, Matsuo I, Hayakawa Y, Nariyama M, Umeki D, Saeki Y, Ohnuki Y, *Okumura S
  • Journal Title: J Physiol Sci Volume: 69 Pages: 159-163
  • DOI: 10.1007/s12576-018-0630-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Usefulness of exchange protein directly activated by cAMP (Epac)1-inhibiting therpy for prevention of atrial and ventricular arrhythmias in mice (2019)
  • Author(s): Prajapati R, Fujita T, Suita K, Nakamura T, Cai W, Hidaka Y, Umemura M, Yokoyama U, Knollmann BC, Okumura S, Ishikawa Y
  • Journal Title: Circ J Volume: 83 Pages: 295-303
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-18-0743
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Role of G protein-reglated inducer of neurite outgrowth 3 (GRIN3) in β-arrestin 2-Akt signaling and dopaminergic behaviors (2018)
  • Author(s): Mototani Y, Okamura T, Goto M, Shimizu Y, Yanobu-Takanashi R, Ito A, Kawamura N, Yagisawa Y, Umeki D, Nariyama M, Suita K, Ohnuki Y, Shiozawa K, Sahara Y, Kozasa T, Saeki Y, Okumura S
  • Journal Title: Plufingers Arch Volume: 470 Pages: 937-946
  • DOI: 10.1007/s00424-018-2124-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vidarabine, an anti-herpesvirus agent, prevents catecholamine-induced arrhythmia without adverse effect on heart function in mice (2018)
  • Author(s): Suita K, Fujita T, Cai W, Hidaka Y, Jin H, Prajapati R, Umemura M, Yokoyama U, Sato M, Knollmann BC, Okumura S, Ishikawa Y
  • Journal Title: Plufingers Arch Volume: 470 Pages: 923-935
  • DOI: 10.1007/s00424-018-2121-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Epac activation inhibits IL-6-induced cardiac dysfunction (2018)
  • Author(s): Jin H, Fujita T, Jin M, Kurotani R, Hidaka Y, Cai W, Suita K, Prajapati R, Liang C, Ohnuki Y, Mototani Y, Umemura M, Yokoyama U, Sato M, Okumura S, Ishikawa Y
  • Journal Title: J Physiol Sci Volume: 68 Pages: 77-87
  • DOI: 10.1007/s00424-018-2121-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Roles of Epac1 in the regulation of contractility in cardiac muscle. (2019)
  • Author(s): Ohnuki Y, Suita K, Okumura S
  • Organizer: 9th FAOPS Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Usefulness of anti-arrhythmic drug therapy targeting cardiac adenylyl cyclase (2019)
  • Author(s): Suita K, Fujita T, Okumura S, Ishikawa Y
  • Organizer: 9th FAOPS Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 咬筋におけるβアドレナリン受容体およびcAMP活性化因子Epacの役割 (2018)
  • Author(s): 大貫芳樹、梅木大輔、伊藤愛子、川村直矢、八木澤由佳、早川佳男、松尾一朗、石川美佐緒、吹田憲治、成山明具美、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] 強制的開口負荷が心機能および心筋細胞内シグナル伝達に与える影響の解析 (2018)
  • Author(s): 吹田憲治、八木澤由佳、大貫芳樹、梅木大輔、石川美佐緒、伊藤愛子、川村直矢、中村芳樹、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] ヒトの摂食行動と心理的要因との関係について (2018)
  • Author(s): 塩澤光一、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 骨格筋リモデリング過程のおけるβアドレナリン受容体シグナルの重要性 (2018)
  • Author(s): 伊藤愛子、大貫芳樹、梅木大輔、石川美佐緒、川村直矢、八木澤由佳、中村芳樹、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] Porphylomonas gingivalis由来のLPSが心機能におよぼす影響 (2018)
  • Author(s): 川村直矢、大貫芳樹、吹田憲治、梅木大輔、氏家優子、伊藤愛子、五味一博、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 強制的開口モデルにおける心臓リモデリングとβアドレナリン受容体遮断薬による抑制効果 (2018)
  • Author(s): 八木澤由佳、大貫芳樹、梅木大輔、吹田憲治、伊藤愛子、川村直矢、石川美佐緒、中村芳樹、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] Porphylomonas gingivalis由来のLPSによる心機能障害に対するβアドレナリン受容体遮断薬の抑制効果 (2018)
  • Author(s): 松尾一朗、吹田憲治、川村直矢、早川佳男、八木澤由佳、伊藤愛子、大貫芳樹、五味一博、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 強制的開口によるマウス咬筋肥大効果に対するデキサメサゾンの拮抗作用 (2018)
  • Author(s): 梅木大輔、大貫芳樹、伊藤愛子、八木澤由佳、川村直矢、吹田憲治、石川美佐緒、中村芳樹、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 咬筋における小眼球症関連転写調節因子MITFの生理機能 (2018)
  • Author(s): 成山明具美、大貫芳樹、梅木大輔、吹田憲治、伊藤愛子、川村直矢、八木澤由佳、石川美佐緒、朝田芳信、奥村敏
  • Organizer: 第60回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] 基礎生理学講義 今さら聞けない生理学講義 循環器系 (2018)
  • Author(s): 奥村敏
  • Organizer: 第18回生理学若手サマースクール
  • Invited
• [Presentation] 歯周病ならびに不正咬合が心臓に及ぼす影響 (2018)
  • Author(s): 奥村敏
  • Organizer: 第28回病態生理学会大会 病態生理教育シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 抗ヘルペス薬ビダラビンによる酸化ストレスの低減を介した抗不整脈作用 (2018)
  • Author(s): 吹田憲治、奥村敏、石川義弘
  • Organizer: 第28回病態生理学会大会
• [Presentation] The role of Epac1 in the development of ventricular arrhythmia in mice (2018)
  • Author(s): ブラジャパティ ラジュシュ、藤田孝之、吹田憲治、中村隆、蔡文倩、日高裕子、奥村敏、石川義弘
  • Organizer: 第28回病態生理学会大会
• [Presentation] GRIN3ノックアウトマウスにおけるドーパミンβアレスチン２シグナル経路を介した行動異常 (2018)
  • Author(s): 本谷安正、奥村敏、岡村匡史
  • Organizer: 第41回日本神経科学大会
• [Presentation] 心臓型アデニル酸シクラーゼを標的にした新しい不整脈薬物療法 (2018)
  • Author(s): 吹田憲治、奥村敏、石川義弘
  • Organizer: 第57回日本生体医工学会
  • Invited
• [Presentation] 強制的開口モデルにおける心臓リモデリングとβアドレナリン受容体遮断薬による抑制効果 (2018)
  • Author(s): 八木澤由佳、大貫芳樹、梅木大輔、伊藤愛子、奥村敏、中村芳樹
  • Organizer: 第77回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] Porphylomonas gingivalis由来のLPSが心機能におよぼす影響とそのメカニズムの解析 (2018)
  • Author(s): 川村直矢、松尾一朗、奥村敏、五味一博
  • Organizer: 第61回日本歯周病学会学術大会
• [Remarks] 鶴見大学歯学部生理学講座
  • URL: https://tsurumi-univ-seiri.jimdo.com/