Development of in vivo four-dimensional [4D] metabolism imaging

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K17579
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 勝俣 良紀 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 講師 (80464832)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: マイクロダイアラシス法 / 四次元代謝イメージング / 同位体元素 / グルタチオン / レドックス

Outline of Annual Research Achievements

心筋障害部位での超急性期の代謝の継時的な変化をとらえるために、マイクロダイアラシス法を用いた技術の開発を行った。心臓マイクロダイアリシス法は、半
透膜の特性を利用して、心筋間質に存在する低分子生体内物質を、中空糸状透析膜を介して灌流液中に分離採取する方法である。Wistarラットの左室心筋局所にダイアリシスプロープを植え込んで、インジェクションポンプを用いて灌流し、終端より環流液を回収し、質量分析法で代謝産物を網羅的に解析した。10分毎に違うマイクロチューブに集積することで、局所の心筋代謝の変化を連続的に評価することが可能となる。また、マイクロ波を用いた心臓組織の処理技術と同位体元素を用いた定量的代謝フラックスイメージング（代謝の空間的把握）技術を組み合わせ、in vivo 四次元代謝イメージングを行った。
虚血時および再還流時に、多くの代謝産物がダイナミックに変化していることが可視化できた。特に、乳酸やアデノシンは、既存の報告と同様に、虚血時に上昇し、再灌流後に徐々に減少する挙動を示しており、本研究がうまくワークしていることが確認できた。得られた結果を用いて、Volcano plotなどの統計分析を行い、細胞外のグルタチオン関連物質（GSH、GSSG等）の有意な変動が明らかになった。
これらの成果をもとに、グルタチオンの細胞間移動をラットの初代心筋培養を用いて検証した。心筋培養細胞でも、虚血再酸素化時に、グルタチオンが細胞外への放出が経時的に増大した。その結果、細胞内グルタチオン濃度が低下し、活性酸素、過酸化脂質が経時的に増大した。またグルタチオンの投与は、細胞内のグルタチオン濃度を保持し、虚血再酸素化時の細胞障害を抑制した。この現象は、マウス虚血再灌流モデルでも検証し、グルタチオンの投与が、area at riskを減少し、虚血再灌流障害を抑制することが証明された。

Research Products

• [Journal Article] Qualitative and Quantitative Effects of Fatty Acids Involved in Heart Diseases (2022)
  • Author(s): Moriyama Hidenori、Endo Jin、Ikura Hidehiko、Kitakata Hiroki、Momoi Mizuki、Shinya Yoshiki、Ko Seien、Ichihara Genki、Hiraide Takahiro、Shirakawa Kohsuke、Anzai Atsushi、Katsumata Yoshinori、Sano Motoaki
  • Journal Title: Metabolites Volume: 12 Pages: 210～210
  • DOI: 10.3390/metabo12030210
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] H2 Inhibits the Formation of Neutrophil Extracellular Traps (2022)
  • Author(s): Shirakawa Kohsuke、Kobayashi Eiji、Ichihara Genki、Kitakata Hiroki、Katsumata Yoshinori、Sugai Kazuhisa、Hakamata Yoji、Sano Motoaki
  • Journal Title: JACC: Basic to Translational Science Volume: 7 Pages: 146～161
  • DOI: 10.1016/j.jacbts.2021.11.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Therapeutic Targets for DOX-Induced Cardiomyopathy: Role of Apoptosis vs. Ferroptosis (2022)
  • Author(s): Kitakata Hiroki、Endo Jin、Ikura Hidehiko、Moriyama Hidenori、Shirakawa Kohsuke、Katsumata Yoshinori、Sano Motoaki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 23 Pages: 1414～1414
  • DOI: 10.3390/ijms23031414
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Pharmacokinetics of hydrogen after ingesting a hydrogen-rich solution: A study in pigs (2021)
  • Author(s): Ichihara Genki、Katsumata Yoshinori、Moriyama Hidenori、Kitakata Hiroki、Hirai Akeo、Momoi Mizuki、Ko Seien、Shinya Yoshiki、Kinouchi Kenichiro、Kobayashi Eiji、Sano Motoaki
  • Journal Title: Heliyon Volume: 7 Pages: e08359～e08359
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e08359
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MITOL/MARCH5 determines the susceptibility of cardiomyocytes to doxorubicin-induced ferroptosis by regulating GSH homeostasis (2021)
  • Author(s): Kitakata Hiroki、Endo Jin、Matsushima Hirokazu、Yamamoto Shoichi、Ikura Hidehiko、Hirai Akeo、Koh Seien、Ichihara Genki、Hiraide Takahiro、Moriyama Hidenori、Shirakawa Kohsuke、Goto Shinichi、Katsumata Yoshinori、Anzai Atsushi、Kataoka Masaharu、Tokuyama Takeshi、Fukuda Keiichi、Sano Motoaki
  • Journal Title: Journal of Molecular and Cellular Cardiology Volume: 161 Pages: 116～129
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2021.08.006
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Imeglimin prevents heart failure with preserved ejection fraction by recovering the impaired unfolded protein response in mice subjected to cardiometabolic stress (2021)
  • Author(s): Kitakata Hiroki、Endo Jin、Hashimoto Shun、Mizuno Erika、Moriyama Hidenori、Shirakawa Kohsuke、Goto Shinichi、Katsumata Yoshinori、Fukuda Keiichi、Sano Motoaki
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 572 Pages: 185～190
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.07.090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Time-Series Transcriptome Analysis Reveals the miR-27a-5p-Ppm1l Axis as a New Pathway Regulating Macrophage Alternative Polarization After Myocardial Infarction (2021)
  • Author(s): Goto Shinichi、Ichihara Genki、Katsumata Yoshinori、Ko Seien、Anzai Atsushi、Shirakawa Kohsuke、Endo Jin、Kataoka Masaharu、Moriyama Hidenori、Hiraide Takahiro、Kitakata Hiroki、Kobayashi Takayasu、Fukuda Keiichi、Sano Motoaki
  • Journal Title: Circulation Journal Volume: 85 Pages: 929～938
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-20-0783
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TNFRSF13B c.226G>A (p.Gly76Ser) as a Novel Causative Mutation for Pulmonary Arterial Hypertension (2021)
  • Author(s): Shinya Yoshiki、Hiraide Takahiro、Momoi Mizuki、Goto Shinichi、Suzuki Hisato、Katsumata Yoshinori、Kurebayashi Yutaka、Endo Jin、Sano Motoaki、Fukuda Keiichi、Kosaki Kenjiro、Kataoka Masaharu
  • Journal Title: Journal of the American Heart Association Volume: 10 Pages: -
  • DOI: 10.1161/JAHA.120.019245
• [Presentation] Quantitative measurement of the myocardial infarction area using Q-space magnetic resonance imaging (2022)
  • Author(s): Genki Ichihara, Junichi Hata, Daisuke Nakashima, Yawara Haga, Kyohei Daigo, Kazuhisa Sugai, Yuji Iwasawa, Yoshinori Katsumata, Jin Endo, Motoaki Sano, Eiji Kobayashi, Kazuki Sato, Masaya Nakamura, Keiichi Fukuda
  • Organizer: 第86回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Continuous analysis of local in vivo metabolic changes using micro-dialysis technique (2021)
  • Author(s): Yohinori Katsumata, Genki Ichihara, Yuki Sugiura, Shinichi Goto, Seien Ko, Takahiro Hiraide, Hiroki Kitakata, Hidenori Moriyama, Kohsuke Shirakawa, Atsushi Anzai, Jin Endo, Masaharu Kataoka, Motoaki Sano, Keiichi Fukuda
  • Organizer: 第85回日本循環器学会学術集会
  • Int'l Joint Research