2020 Fiscal Year Research-status Report
Investigation of NOX4-mediated mechanotransduction in mechanically-induced cardiac failure
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20K12598
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
貝原 恵子 岡山大学, 医学部, 技術専門職員 (60638641)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
成瀬 恵治 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (40252233)
入部 玄太郎 旭川医科大学, 医学部, 教授 (90284885)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | NADPHオキシダーゼ （NOX）4 / メカノトランスダクション / 活性酸素（ROS） / 心不全 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
常に収縮弛緩によりメカニカルストレスにさらされている心臓において、メカノトランスダクション（力学刺激を細胞が生理反応に転換する過程の分子機構）を理解することは心臓生理を解明する上で非常に重要である。一方、負のイメージが強い活性酸素（ROS: Reactive oxygen species）であるが、実は細胞分化や免疫などに関与する生命にとって非常に重要な生理活性物質である。近年、この反応性の高いROS産生を制御する酵素群であるNADPHオキシダーゼ（NOX）2によって産生されたROSが、メカノトランスダクションに関与していることが明らかとされた。そこで、我々は同属のNOX4にもNOX2と同様にメカノストレスに応答してROSを産生しているのではないかと仮定し、これまで研究を行ってきた。現在までに、独自の単離心筋細胞伸展刺激システムを用いて伸展負荷時、NOX4由来のROSが産生され収縮力を上げることを明らかにしてきたが、そのメカニズムは不明である。また、慢性的なメカニカルストレスに対するNOX4由来のROSが、心疾患へどの様に影響を及ぼしているかも明らかでない。そこで、本研究においては慢性的なメカニカルストレス応答で産生されたNOX4由来のROSが心不全移行に関与しているとの仮説のもと、NOX4を介したメカニカルストレスがCa2+ハンドリングへ及ぼす影響を明らかにするとともに、NOX4由来ROSによる心不全への影響を解明することを目的とし、研究に着手している。
NOX4由来ROSの関与が疑われる2経路についてCa2+トランジェント波形解析や、力学実験、SR内Ca2+容量の測定、解析を行った。また、更なる研究を行うために新たにノックアウトマウスを購入し、現在必要匹数を確保している。
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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
すでに我々は心筋細胞において、伸展時NOX4由来のROSが産生され収縮力を上げることを明らかにしてきたが、NOX4由来のROSがどのように収縮力をコントロールするCa2+に関与しているかは不明である。そこで、NOX4由来ROSの関与が疑われる以下の2経路についてCa2+トランジェント（活動電位によって惹起される細胞質の Ca2＋濃度上昇）波形解析や、力学実験、カフェインを用いたSR内Ca2+容量の測定等を行った。
①TRPV1 (Transient Receptor Potential Vanilloid 1)を介したカルシウム放出経路
②SERCA (SR Ca2+-ATPase)活性化によるカルシウム汲み上げ経路）
この結果から双方ともに関与している可能性が示唆された。そこで、更なる詳細を明らかとするために、TRPV1ノックアウトマウスを購入し研究を行うこととした。現在購入したTRPV1ノックアウトマウスは、必要引数を確保するために繁殖中である。
以上の成果より進捗状況は、おおむね順調に進捗していると判断される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方策として、まず新たに購入したTRPV1ノックアウトマウスを用いて、NOX4由来のROSが収縮力増強にどの様に関与しているかを明らかにする。
また、これまでの研究において、TAC手術による心不全モデルマウスを作製し心機能低下後の影響を主としてみてきたが、NOX4欠損による心機能保護は確認できなかった。これらの結果は、血管に局在するNOX4の影響などが考えられるため、術後の早い段階で心筋細胞を単離し力学実験や、Ca2＋動態やROS産生・ミトコンドリ膜電位等を測定しNOX4による心不全移行への影響を明らかにする。
さらに、これまでのNOX4に関する研究は急性的な機械刺激に対する応答を見ているが、亜急性的な負荷応答を単一の心筋細胞にて再現できるスローフォースレスポンスを測定することで、急性反応から長期反応へ移行する際の応答負荷への影響過程を解明することが出来ると考えられる。そこで、NOX4KOマウスを用いて生理的な急性・亜急性負荷応答と不全モデル負荷応答を比較し、NOX4由来ROSの心不全への関与を明らかにする。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大防止のため、予定していた打ち合わせや学会が中止となったため、残額が生じた。
次年度、心不全モデルマウスを用いた実験や解析に必要な消耗品等の支出にあてるとともに、打ち合わせや学会参加に係る旅費に支出する予定である。
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Research Products
(2 results)
