2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of metabolism-excitation-contraction coupling in cardiomyocytes through metabolic imaging
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19H03400
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
松岡 達 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (00263096)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
竹内 綾子 福井大学, 学術研究院医学系部門, 准教授 (00378704)
竹田 有加里 福井大学, 学術研究院医学系部門, 助教 (20582159)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ミトコンドリア / 代謝 / 心臓 / 興奮収縮連関 / 数理モデル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心室筋細胞や洞房結節細胞の機能が、ピルビン酸などの代謝基質によって変動することを見出し、代謝、特にミトコンドリア代謝が心筋細胞機能制御に関与するとの仮説を得た。本研究では、代謝関連パラメータの単一心筋細胞イメージングと心筋細胞機能との同時測定と、得られた実験データに基づく包括的心筋細胞数理モデルを構築・解析を行い、細胞代謝が心筋細胞の代謝－興奮－収縮連関を制御する分子メカニズムを明らかにすることを目的としている。
2020年度は、ミトコンドリア代謝数理モデルと包括的心室筋細胞モデルを統合した心室筋細胞代謝―興奮―収縮連関数理モデルを発展させて、代謝に関連するH+産生と消費、及び細胞内pH調節系を組み込んだ新規の心筋細胞代謝―興奮―収縮連関数理モデルがほぼ完成した。特に、心筋虚血時の細胞内アシドーシスの解析が可能となり、虚血障害の機序や治療方法についていくつかの作業仮説が得られた。
マウス洞房結節細胞のミトコンドリアとlocal Ca2+ release発生との関連を詳細に解析した。心周期の初期（収縮期近く）に発生するlocal Ca2+ releaseはミトコンドリア近傍から多く発生し、CGP-37157によるミトコンドリアNCX抑制は、初期local Ca2+ release発生を抑制した。また、local Ca2+ release近傍のミトコンドリアは膜電位が深いことが、ミトコンドリア膜電位測定から明らかになった。さらに、ミトコンドリアNCX抑制により洞房結節細胞の発火頻度が減少した。これらのデータから、ミトコンドリアNCXを介したCa2+フラックスによって筋小胞体からのlocal Ca2+ releaseが影響を受け、さらには拍動頻度も影響を受けることが明らかになった。これらの成果をまとめて論文投稿した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
心筋細胞代謝―興奮―収縮連関数理モデルの発展がみられたこと、洞房結節細胞のlocal Ca2+ release発生や自動能にミトコンドリアNCXが関与するという知見が得られ、論文投稿できたことから、おおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、心筋細胞代謝―興奮―収縮連関数理モデルの論文投稿を行う。洞房結節細胞の論文の追加実験を修了し、論文発表を行う。
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