Role of Microtubules in the Muscle Structure-Contraction Relationship

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K11368
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59020:Sports sciences-related
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: Kobayashi Takuya 順天堂大学, 医学部, 助教 (60468585)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 茅 元司 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (00422098) ; 渡邊 大輝 広島大学, 人間社会科学研究科(総), 助教 (30823281) ; 呉林 なごみ 順天堂大学, 医学部, 客員准教授 (50133335)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 骨格筋 / 微小管 / 粘弾性 / 衝撃耐性

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to clarify the role of microtubules in the contractile function of skeletal muscle. For this purpose, we developed a device for simultaneous measurement of tension and muscle imaging. A stepping motor for external force strain was incorporated and a movable microscope was constructed to realize highly accurate measurement of contraction force and deformation stress with low noise. By examining the excitation light wavelength and excitation light illumination method for imaging, optical damage and background light noise during repetitive contraction and extension deformation were greatly reduced, and tension force measurement was successfully performed while visualizing the inside of muscle fibers. Using this system, it was also clarified that microtubules are related to the strength of tetanus contraction and deformation stress relaxation time of skeletal muscle.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の成果は張力計測とイメージングの同時計測法の確立および微小管の骨格筋粘弾性への寄与の解明という二つの点である。前者は異なる計測方法を同一時間軸で行うための技術開発である。近年の生命科学研究においては、生物システムの多要素的理解や分子・細胞・個体間の階層横断的理解が求められているが、生きた筋組織の多元的計測はその両者に貢献するものである。また、骨格筋粘弾性における微小管の寄与を示した事は骨格筋研究に新たな視点を提供することになった。これは筋の衝撃耐性や運動性能の理解に繋がるため、トレーニング法、マッサージ療法やスポーツウェア開発などの身体運動諸分野に波及するものである。