The mechanism of repairing the damaged protein in cardioprotective effects of volatile anesthetics

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K10159
• Research Institution: Osaka Kyoiku University
• Principal Investigator: 宮前 雅見 大阪教育大学, 教育学部, 教授 (20298821)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 百田 義弘 大阪歯科大学, 歯学部, 教授 (60247880) ; 金田 一弘 大阪歯科大学, 歯学部, 講師(非常勤) (90533886)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 揮発性麻酔薬 / 心筋 / 虚血再灌流障害 / オートファジー / ユビキチンープロテアソーム系 / 蛋白処理 / モルモット

Outline of Annual Research Achievements

揮発性麻酔薬の虚血心筋保護作用にはオートファジー、Ubiquitin proteasome system (UPS)共に関与することが明らかになっている。虚血心筋の心機能回復には損傷蛋白質の適切な処理による恒常性維持が必須である。しかし、揮発性麻酔薬の心保護においてその処理機構は解明されていない。本研究の目的はオートファジーとUPSの相互作用を明らかにし、損傷蛋白質処理機構を解明し周術期心筋保護に最も有効な麻酔方法を解明することである。しかし、この2年は新型コロナウイルスの蔓延により予定通りに実験は進まなかった。研究代表者の宮前は大阪歯科大学歯科麻酔学講座と共同研究を進めている。これまでに研究助成金により成しげた成果は歯科麻酔科学会のリフレッシャーコースにおいて、”揮発性麻酔薬の虚血心筋保護効果：心筋プレコンディショニングのメカニズム”と題して招待講演を行った。また、この内容を日本歯科麻酔雑誌に発表した。下記は概要である。
我々はsevofluraneと虚血再灌流モデルを用いて揮発性麻酔薬の心筋保護効果のメカニズムについて精力的に研究を進めて来た。Sevofluraneはアポトーシスを抑制すること、sevofluraneを投与した心筋細胞の単離ミトコンドリアを用いた実験ではsevofluraneがミトコンドリア膜透過性遷移性孔の開口を強く抑制することが判明した。さらにSevofluraneの心筋保護効果は長時間虚血で消失するが、我々はオートファジー誘導剤によりこの効果を回復させ、この効果にオートファジーの関与も明らかにした。電子顕微鏡では回復した群ではオートファゴゾームが多数観察された。また、sevofluraneはoxygen free radicalを介してオートファジーを亢進させることも解明した。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

研究開始直前に共同研究者である朝日大学内科学教授の竹村元三の死去により大きく方針の転換を余儀なくされている。また、新型コロナウイルス感染症の蔓延により大学間の交流が難しくなった。さらに、渡航の制限により研究代表者である宮前とアメリカの研究共同者のDr. Vincent M. FigueredoとのCa2+動態実験もできない状態が続いている。これらの事情により研究は大きく遅れている。ようやく新型コロナウイルス感染症の規制も解除されたのでこれからは活発に活動予定である。

Strategy for Future Research Activity

当初の研究計画の遅れを取り戻すために全力を注ぐ予定である。現在進行中の大阪歯科大学歯科麻酔科学講座の百田教授との共同研究を主体に進めて行く。モルモットLangendorff灌流心にて虚血再灌流実験を行いオートファジー阻害薬(3-MAなど数種)、UPS阻害薬（PS-519など）および両剤の同時投与を虚血前全投与してセボフルランの保護効果が減弱するかを梗塞サイズで判定する。再灌流後、心筋を採取しATP-dependent proteasomal activity、ubiquitin-conjucated proteinsを測定する。さらに虚血前と再灌流後の心筋組織を採取してEPTA (ethanolic phosphotungstic acid) stainによるタンパク質凝集、電顕でオートファゴゾーム、オートリソソームの出現の程度を調べる。その後、sevofluraneの虚血心筋保護効果においてオートファジー、UPSの関係について詳細なメカニズムの解明に全力を注ぐ予定である。このメカニズムが解明されれば冠動脈疾患を有する患者の周術期の管理に大きな戦略の一つとなる。オートファジーの最も大きな指標であるオートファゴゾームの出現度を電子顕微鏡にて観察する。また、蛋白aggregationが２群でどのような変化をするのかを検討する。これらの発現と梗塞サイズの関係を明らかにする。さらに、これまで提唱されている心筋保護のメカニズムの中で特にミトコンドリアを中心に研究を進めて行く予定である。ミトコンドリアの生死に大きく関与するmitochondrial permeability transition pore (MPTP)の開口に関して詳細に検討する。特にオートファジー、UPSがミトコンドリアMPTP開口にどのように関与するのかを明らかにしたい。

Causes of Carryover

研究開始直前に共同研究者である朝日大学教授の竹村元三の死去により大きく方針の転換を余儀なくされている。また、新型コロナウイルス感染症の蔓延により大学間の交流が難しくなった。さらに渡航の制限により研究代表者である宮前とアメリカの研究共同者のDr. Vincent M. FigueredoとのCa2+動態実験もできなかった。これらの事情により研究は大きく遅れている。研究に必要な機材の調達はどうにか出来たので今後は遅れを取り戻す予定である。今後もモルモットを使用して心筋サンプルを採取しタンパク発現などを詳細に検討する。これらの動物の購入（約100匹、1匹；6000円）に研究費を使用する。さらに，オートファジー、UPSに関与する蛋白の発現とオートファゴゾームの出現を電顕で検討するための試薬，抗体に研究費を使用する予定である。また，その成果を国内学会（日本麻酔科学会）、国際学会（アメリカ）で発表する旅費や資料作成に研究費を使用する。