NOを介した不動化による筋萎縮の分子機構の解明と新たな治療法の開発

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21300149
• Research Institution: 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター
• Principal Investigator: 武田 伸一 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所・遺伝子疾患治療研究部, 部長 (90171644)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鈴木 友子 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所・遺伝子疾患治療研究部, 室長 (00342931) ; 今村 道博 独立行政法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所・遺伝子疾患治療研究部, 室長 (80221787)
• Keywords: 骨格筋 / 萎縮 / 一酸化窒素 / 神経型一酸化窒素合成酵素 / 筋ジストロフィー

Research Abstract

我々は、負荷軽減によってもたらされる筋萎縮に、神経型一酸化窒素合成酵素(neuronal nitric oxide synthase(nNOS))が深く関与していることを明らかにした。すなわち、マウスの尾部懸垂時に筋細胞膜から遊離したnNOSは細胞質に移って一酸化窒素(nitric oxide:NO)を産生し、Forkhead box O(Foxo)転写因子のリン酸化を阻害してE3ユビキチンリガーゼの発現を活性化することにより、プロテアソーム系を活性化し、筋タンパク質の分解を促進して、筋萎縮を招いていた(Suzuki N.et al.,J. Clin. Invest.,117,2468-2476,2007)。本申請では、1)マウスの尾部懸垂時にnNOSが活性化されるメカニズムを解明し、2)活性化されたnNOSの標的分子を探索し、Foxoの活性化メカニズムを検討する。3)更にnNOSが筋萎縮で活性化されるオートファジー(自己消化)によるタンパク質分解にも関与しているかをモデル動物を用いて検証する。nNOSが筋萎縮を誘導する分子メカニズムを解明できれば、廃用や不動化による筋萎縮のみならず、疾患(癌、感染、慢性疾患に伴うカヘキシア、筋ジストロフィー等)や老化(サルコペニア)に伴う筋萎縮を阻止あるいは軽減させる治療法の開発に発展すると期待される。
ところが、研究を進めるうち、nNOSは筋萎縮のみでなく萎縮からの回復および筋肥大を制御していることが明らかになった。骨格筋筋肥大におけるnNOSの機能を明らかにする為、共働筋切除を行い、メカニカルストレスによる筋肥大誘導モデルを用いた結果、nNOSはメカニカルストレス直後に活性化された。メカニカルストレス直後に活性化されたnNOSは活性酸素産生酵素であるNADPH oxidase 4(NOX4)によって産生された活性酸素と反応することにより、peroxynitriteとして働くことがわかった。またnNOS欠損型マウスおよびperoxynitrite消去剤投与群では、メカニカルストレス後に起こるmTORの活性化が起こらなかった。これらの結果から、過負荷後に産生されるNO/peroxynitriteが、筋肥大を促進する分子であることが明らかになった。この成果は、今後、nNOSINOを出発点としながらもperoxynitriteの制御を視点とした、新たな筋萎縮防止・筋肥大促進薬の開発に繋がる可能性がある。

Research Products

• [Journal Article] Slow-dividing satellite cells retain long-term self-renewal ability in adult muscle (2012)
  • Author(s): O no Y, Masuda S, Nam H, Benezra R, Miyagoe-Suzuki Y, Takeda S
  • Journal Title: J Cell Sci Volume: 125 Pages: 1309-1317
  • DOI: DOI:10.1242/jcs.096198
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fibrosis and adipogenesis originate from a common mesenchymal progenitor in skeletal muscle (2011)
  • Author(s): Uezumi A, Ito T, Morikawa D, Shimizu N, Yoneda T, Segawa M, Yamaguchi M, Ogawa R, Matev MM, Miyagoe-Suzuki Y, Takeda S, Tsujikawa K, Tsuchida K, Yamamoto H, Fukada S
  • Journal Title: J Cell Sci Volume: 124(21) Pages: 3654-3664
  • DOI: DOI:10.1242/jcs.086629
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hesr1 and Hesr3 are essential to generate undifferentiated quiescent satellite cells and to maintain satellite cell numbers (2011)
  • Author(s): F ukada S, Yamaguchi M, Kokubo H, Ogawa R, Uezumi A, Yoneda T, Matev MM, Motohashi N, Ito T, Zolkiewska A, Johnson RL, Saga Y, Miyagoe-Suzuki Y, Tsujikawa K, Takeda S, Yamamoto H
  • Journal Title: Development Volume: 138 Pages: 4609-4619
  • DOI: DOI:10.1242/dev.067165
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of Muscle-Specific MicroRNAs in Serum of Muscular Dystrophy Animal Models : Promising Novel Blood-Based Markers for Muscular Dystrophy (2011)
  • Author(s): M izuno H, Nakamura A, Aoki Y, Ito N, Kishi S, Yamamoto K, Sekiguchi M, Takeda S, Hashido K
  • Journal Title: PLoS One Volume: 30 Pages: e18388
  • DOI: DOI:10.1371/journal.pone.0018388
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Matrix metalloproteinase-2 ablation in dystrophin-deficient mdx muscles reduces angiogenesis resulting in impaired growth of regenerated muscle fibers (2011)
  • Author(s): M iyazaki D, Nakamura A, Fukushima K, Yoshida K, Takeda S, Ikeda S
  • Journal Title: Hum Mol Genet Volume: 20 Pages: 1787-1799
  • DOI: DOI:10.1093/hmg/ddr062
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MURF1 deficiency suppresses unloading-induced effects on osteoblasts and osteoclasts to lead to bone loss (2011)
  • Author(s): Kondo H, et.al.
  • Journal Title: Gene Ther Volume: 18 Pages: 910-919
  • DOI: 10.1038/gt.2011.36
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Molecular mechanism of muscle hypertrophy-NO/peroxynitrite-induced activation of TRPV1- (2012)
  • Author(s): Takeda S
  • Organizer: University of Geneva
  • Place of Presentation: University of Geneva, Geneva, Switzerland(招待講演)
  • Year and Date: 2012-03-21
• [Presentation] 骨格筋神経型一酸化窒素合成酵素(nNOS)は過負荷によって活性化され,タンパク質合成の活性化を介して筋肥大の進行を制御している (2011)
  • Author(s): 伊藤尚基
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜,横浜
  • Year and Date: 2011-12-16
• [Presentation] nNOS is an essential mediator for mechanical overload-induced muscle hypertrophy (2011)
  • Author(s): N Ito
  • Organizer: International Conference On Muscle Wasting
  • Place of Presentation: Centro Stefano Franscini, Ascona, Switzerland
  • Year and Date: 2011-09-20
• [Presentation] 骨格筋の幹細胞と再生の分子機構 (2011)
  • Author(s): 武田伸一
  • Organizer: 第3回シグナルネットワーク研究会
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所,東京(招待講演)
  • Year and Date: 2011-05-27
• [Presentation] Identification of a long-term self-renewable population in activated satellite cells (2011)
  • Author(s): Ono Y
  • Organizer: The molecular and cellular mechanisms regulating skeletal muscle, development and regeneration, EMBO conference series
  • Place of Presentation: DORINT PALLAS HOTEL Wiesbaden, Germany
  • Year and Date: 2011-05-13
• [Presentation] Isolation and characterization of a long-term self-renewable population in activated satellite cells (2011)
  • Author(s): Takeda S
  • Organizer: 4^<th> International congress of Myology
  • Place of Presentation: Lille Grand Palais, France(招待講演)
  • Year and Date: 2011-05-11
• [Patent(Industrial Property Rights)] 筋増加剤及び筋増加物質のスクリーニング法 (2012)
  • Inventor(s): 武田伸一, 伊藤尚基, Urs T.Ruegg, 鈴木友子
  • Industrial Property Rights Holder: NCNP
  • Industrial Property Number: 特許,特願2012-063182
  • Filing Date: 2012-03-21
• [Patent(Industrial Property Rights)] 筋肥大を促進する物質又は因子のスクリーニング法 (2011)
  • Inventor(s): 武田伸一, 伊藤尚基, Urs T.Ruegg, 鈴木友子
  • Industrial Property Rights Holder: NCNP
  • Industrial Property Number: 特許,特願2011-200716
  • Filing Date: 2011-09-24