急性心筋虚血における、ミトコンドリアのオートファジーの分子機構解明

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K17601
• Research Institution: Yamaguchi University
• Principal Investigator: 齊藤 寿郎 山口大学, 医学部附属病院, 助教 (60648484)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 虚血性心疾患 / mitophagy / autophagy / ミトコンドリア / 虚血再灌流

Outline of Annual Research Achievements

＜背景＞　絶え間なく収縮弛緩を繰り返す心臓にとって、ミトコンドリアの品質管理は重要だ。mitophagyは主要な品質管理機構だが、心臓においては不明な点が多かった。培養細胞での過剰発現系やuncouplerを使用した研究から、Parkin-Pink1経路が分子機構として注目されたが、生体内においても重要であるか否かは見解が分かれており、心臓の病態生理下でmitophagyがどのような意義を持つか、どのように制御されているかは不明な点が多かった。
＜目的＞　autophagyやmitophagyは栄養飢餓で活性化し、細胞を保護する。心臓の急性期の虚血においてmitophagyが心筋保護に働くか否かを明らかにし、分子機構を解明する。
＜方法・結果＞　レポーターを使用して、遺伝子改変動物の虚血心筋においてmitophagyを定量し、主要な分子機構を同定した。安静時のmitophagyは通常のautophagyに制御されるが、虚血時のそれはUlk1依存性alternative autophagyに主に制御されることを解明した。培養心筋細胞において過剰発現やノックダウンを使用しながら、分子機構の詳細を明らかにした。Ulk1がalternative autophagyに重要なRab9をリン酸化し、ミトコンドリア分裂を誘導するタンパク複合体を形成し、ミトコンドリア断片化とmitophagyが連動することを報告した（J Clin Invest. 2019 Feb 1;129(2):802-819. doi: 10.1172/JCI122035.）。現在は虚血再灌流のmitophagyについて検討している。

Current Status of Research Progress

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

Reason

遺伝子改変動物の虚血心筋においてmitophagyを定量し、主要な分子機構を同定した。培養心筋細胞において過剰発現やノックダウンを使用しながら、分子機構の詳細を明らかにできた。Ulk1によるRab9のリン酸化部位を同定し、リン酸化抵抗性Rab9を発現するノックインマウスを作成して野生型と比較した。ノックインマウスの心臓では虚血においてmitophagyが損なわれ、心筋梗塞が増大することを解明した。一方で通常のautophagyの活性は野生型と比較して不変だったことから、Ulk1によるRab9のリン酸化はmitophagyを特異的に誘導して心筋を保護する、重要な機構だと考えられた。

Strategy for Future Research Activity

虚血のみならず再灌流においてmitophagyが増減するのか、それはどのような分子機構で制御されるのかを検討する。現時点では、autophagyやmitophagyが再灌流において心臓を保護するか障害するかは見解が様々である（再灌流時の過剰なautophagyは細胞死を誘導し、有害だと報告がある）。再灌流時に両者を刺激する薬物を投与して、心筋梗塞の増減を評価する。

Causes of Carryover

新型コロナウィルスの影響で学会がキャンセルとなり、宿泊費・移動費を抑制することになった。また、予定していた海外からの動物購入・搬入を延期することにした。

Research Products

• [Journal Article] An alternative mitophagy pathway mediated by Rab9 protects the heart against ischemia. (2019)
  • Author(s): Saito T, Nah J, Oka SI, Mukai R, Monden Y, Maejima Y, Ikeda Y, Sciarretta S, Liu T, Li H, Baljinnyam E, Fraidenraich D, Fritzky L, Zhai P, Ichinose S, Isobe M, Hsu CP, Kundu M, Sadoshima J
  • Journal Title: J Clin Invest Volume: 129(2) Pages: 802-819
  • DOI: 10.1172/JCI122035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mitophagy Is Essential for Maintaining Cardiac Function During High Fat Diet-Induced Diabetic Cardiomyopathy. (2019)
  • Author(s): Tong M, Saito T, Zhai P, Oka SI, Mizushima W, Nakamura M, Ikeda S, Shirakabe A, Sadoshima J.
  • Journal Title: Circ Res Volume: 124(9) Pages: 1360-1371
  • DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.118.314607
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mitochondrial LonP1 protects cardiomyocytes from ischemia/reperfusion injury in vivo. (2019)
  • Author(s): Venkatesh S, Li M, Saito T, Tong M, Rashed E, Mareedu S, Zhai P, Barcena C, Lopez-Otin C, Yehia G, Sadoshima J, Suzuki CK.
  • Journal Title: J Mol Cell Cardiol Volume: 128 Pages: 38-50
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2018.12.017
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hypoxic-conditioned cardiosphere-derived cell sheet transplantation for chronic myocardial infarction. (2019)
  • Author(s): Fujita A, Ueno K, Saito T, Yanagihara M, Kurazumi H, Suzuki R, Mikamo A, Hamano K.
  • Journal Title: Eur J Cardiothorac Surg Volume: 56(6) Pages: 1062-1074
  • DOI: 10.1093/ejcts/ezz122
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] PRMT5-induced Arginine Methylation Mediates Energy Stress-induced Autophagy in the Heart (2019)
  • Author(s): Risa Mukai, Toshiro Saito, Peiyong Zhai, Junichi Sadoshima
  • Organizer: Basic cardiovascular Science Scientific Sessions
  • Int'l Joint Research