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2021 Fiscal Year Annual Research Report

Mechanism of the beneficial effects of maternal exercise on next generation health focusing on maternal organs, placenta, and fetal tissues

Research Project

Project/Area Number 21H03315
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

楠山 譲二  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (70596105)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 永富 良一  東北大学, 医工学研究科, 教授 (20208028)
木村 友彦  川崎医科大学, 医学部, 講師 (50454830)
長名 シオン  東北大学, 医工学研究科, 特任助教 (60868131)
小塚 智沙代  国立研究開発法人理化学研究所, 生命医科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (70722370)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords妊娠 / 運動 / 胎盤 / SOD3 / エピジェネティクス / ビタミンD / 肝臓 / 糖代謝
Outline of Annual Research Achievements

我々はこれまでの研究で、母親の妊娠期運動は生まれてくる子の肥満リスクを低下させる作用があり、この有益な効果を次世代に伝えているのは胎盤から分泌されるSOD3タンパク質であることを明らかにした。しかし胎盤におけるSOD3の分泌制御メカニズムについてはまだ未解明である。これまでに胎盤におけるビタミンD受容体(VDR)がSOD3の発現を制御していることを突き止めている。そこで本年度は、胎盤特異的なVDRノックアウトマウスを樹立し、胎盤におけるVDRの機能欠失が胎盤でのSOD3発現に与える影響、子の糖代謝能への影響、運動の有益性に対する影響などを解析した。また母親に低ビタミンD食または高ビタミンD食を与え、妊娠期運動効果がどのように影響するかを評価した。さらに胎盤特異的SOD3ノックアウトマウスにおいて高ビタミンD食が有益な効果を及ぼすか、妊娠期に低ビタミンD食を与えた影響が胎仔へのリコンビナントSOD3タンパク質によってレスキューできるかどうか、in vivoにおける解析を行った。これら一連の運動・栄養連関の解析をすることで、妊娠期運動が運動刺激、ビタミンD、胎盤由来SOD3の3つの組み合わせによって制御されていることが示唆された。
また妊娠期運動が胎仔肝臓のヒストン修飾に与える影響を解析し、胎盤由来SOD3が高脂肪食によって誘導される酸化ストレスを介したH3K4me3の不安定化を予防することを突き止めた。特に胎盤由来SOD3はタンパク質のカルボニル化を防いでおり、H3K4me3についてはWDR82と呼ばれる分子の機能阻害をレスキューすることで、ヒストンメチル化のかく乱を予防していた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

複数の胎盤特異的遺伝子改変マウスの樹立を終えることができ、来年度は本格的な解析を進める。胎盤でのシグナル伝達経路解析も候補となる重要なものの特定が進んでいる。母体の運動感受性臓器については、米国との共同研究が開始されており、来年度は現地で協力した解析を進めることを予定している。またヒストン修飾の観点からの解析をスムーズに終えることができ、研究成果をDiabetes誌に発表することができた。

Strategy for Future Research Activity

マウスの生体レベルの解析は順調である。ヒトコホート研究は国内での解析は一応の目途がついているが、海外はCOVID-19による影響がまだ続いており、より綿密なコミュニケーションを続けていく。来年度は渡米し、現地での解析が可能になると、さらなる進展が見込めるため、良い時期を逃さずに研究を遂行していきたい。

  • Research Products

    (28 results)

All 2022 2021 Other

All Int'l Joint Research (4 results) Journal Article (6 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 5 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 8 results) Remarks (2 results)

  • [Int'l Joint Research] ジョスリン糖尿病センター/テキサス大学/コロラド大学(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      ジョスリン糖尿病センター/テキサス大学/コロラド大学
  • [Int'l Joint Research] オーフス大学(デンマーク)

    • Country Name
      DENMARK
    • Counterpart Institution
      オーフス大学
  • [Int'l Joint Research] シンガポール国立大学(シンガポール)

    • Country Name
      SINGAPORE
    • Counterpart Institution
      シンガポール国立大学
  • [Int'l Joint Research] オタワ大学(カナダ)

    • Country Name
      CANADA
    • Counterpart Institution
      オタワ大学
  • [Journal Article] HIF‐1α plays an essential role in BMP9‐mediated osteoblast differentiation through the induction of a glycolytic enzyme, PDK12022

    • Author(s)
      Amir Muhammad Subhan、Chiba Norika、Seong Chang Hwan、Kusuyama Joji、Eiraku Nahoko、Ohnishi Tomokazu、Nakamura Norifumi、Matsuguchi Tetsuya
    • Journal Title

      Journal of Cellular Physiology

      Volume: 237 Pages: 2183~2197

    • DOI

      10.1002/jcp.30752

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Grandmaternal exercise improves metabolic health of second-generation offspring2022

    • Author(s)
      Alves-Wagner Ana B.、Kusuyama Joji、Nigro Pasquale、Ramachandran Krithika、Makarewicz Nathan、Hirshman Michael F.、Goodyear Laurie J.
    • Journal Title

      Molecular Metabolism

      Volume: 60 Pages: 101490~101490

    • DOI

      10.1016/j.molmet.2022.101490

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of Aerobic and Resistant Exercise Intervention on Inflammaging of Type 2 Diabetes Mellitus in Middle-Aged and Older Adults: A Systematic Review and Meta-Analysis2022

    • Author(s)
      Xing Huimin、Lu Jinhua、Yoong Si Qi、Tan Yue Qian、Kusuyama Joji、Wu Xi Vivien
    • Journal Title

      Journal of the American Medical Directors Association

      Volume: 23 Pages: 823~830.e13

    • DOI

      10.1016/j.jamda.2022.01.055

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Bromodomain Inhibition Reveals FGF15/19 as a Target of Epigenetic Regulation and Metabolic Control2022

    • Author(s)
      Kozuka C, Efthymiou V, Sales VM, Zhou L, Osataphan S, Yuchi Y, Chimene-Weiss J, Mulla C, Isganaitis E, Desmond J, Sanechika S, Kusuyama J, Goodyear L, Shi X, Gerszten RE, Aguayo-Mazzucato C, Carapeto P, Teixeira SD, Sandoval D, Alonso-Curbelo D, Wu L, Qi J, Patti ME.
    • Journal Title

      Diabetes

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.2337/db21-0574

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Maternal Exercise-Induced SOD3 Reverses the Deleterious Effects of Maternal High Fat Diet on Offspring Metabolism Through Stabilization of H3K4me3 and Protection Against WDR82 Carbonylation2022

    • Author(s)
      Kusuyama Joji、Makarewicz Nathan S.、Albertson Brent G.、Alves-Wagner Ana Barbara、Conlin Royce H.、Prince Noah B、Alves Christiano R. R.、Ramachandran Krithika、Kozuka Chisayo、Xiudong Yang、Xia Yang、Hirshman Michael F.、Hatta Toshihisa、Nagatomi Ryoichi、Nozik Eva S.、Goodyear Laurie J.
    • Journal Title

      Diabetes

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.2337/db21-0706

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Placental superoxide dismutase 3 mediates benefits of maternal exercise on offspring health2021

    • Author(s)
      Kusuyama J, Alves-Wagner AB, Conlin RH, Makarewicz NS, Albertson BG, Prince NB, Kobayashi S, Kozuka C, Moller M, Bjerre M, Fuglsang J, Miele E, Middelbeek RJW, Xiudong Y, Xia Y, Garneau L, Bhattacharjee J, Aguer C, Patti ME, Hirshman MF, Jessen N, Hatta T, Ovesen PG, Adamo KB, Nozik-Grayck E, Goodyear LJ.
    • Journal Title

      Cell Metabolism

      Volume: 33 Pages: 939~956.e8

    • DOI

      10.1016/j.cmet.2021.03.004

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 母親と父親の運動効果は子にどのように伝達されるか?~げっ歯類モデル研究から~2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第94回 日本内分泌学会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] How engaging in exercise can transform and improve our health2021

    • Author(s)
      Joji Kusuyama
    • Organizer
      Stovit Online Series (SOS)
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Beneficial Effects of Exercise in the Middle Age on Metabolic Health Outcomes in Aging2021

    • Author(s)
      Joji Kusuyama
    • Organizer
      MIRAI2.0 Digital Research and Innovation Week 2021
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Placental Superoxide Dismutase 3 Mediates Benefits of Maternal Exercise on Offspring Health2021

    • Author(s)
      Joji Kusuyama
    • Organizer
      Nature Conference, Metabolism in Health and Disease
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 胎盤由来SOD3を介した妊娠期運動による肥満予防効果の次世代伝播機構2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第61回日本先天異常学会学術集会
  • [Presentation] Placental Superoxide Dismutase 3 Mediates Benefits of Maternal Exercise on Offspring Health2021

    • Author(s)
      Joji Kusuyama
    • Organizer
      the 2021 meeting of the International Federation of Placenta Associations (IFPA)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 胎盤由来 SOD3 を介した妊娠期運動による肥満予防効果の次世代伝播機構2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第45回日本女性栄養・代謝学会学術集会・第10回日本DOHaD学会学術集会
  • [Presentation] 胎盤由来 SOD3 を介した妊娠期運動による肥満予防効果の次世代伝播機構2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第76回日本体力医学会大会
  • [Presentation] 次世代への運動情報伝達器官としての胎盤機能の新定義2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第63回歯科基礎医学会学術大会 歯科基礎アカデミーシンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Maternal Exercise Improve Offspring Metabolic Health through Epigenetic Changes Mediated by a Novel Placenta-Derived Protein2021

    • Author(s)
      Joji Kusuyama
    • Organizer
      2021 International Conference of the Korean Society of Exercise Physiology
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 胎盤由来 SOD3 を介した妊娠期運動による肥満予防効果の次世代伝播機構2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第29回日本胎盤学会学術集会
  • [Presentation] Exercising for future generations2021

    • Author(s)
      Joji Kusuyama
    • Organizer
      Kyudai Oral Bioscience & OBT Research Center 5th Joint International Symposium 2021
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 妊娠期運動・栄養による胎盤由来SOD3を介した肥満予防効果の次世代伝播機構2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第44回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 妊娠期運動効果の次世代伝播機構2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      日本生物物理学会北海道支部セミナー
    • Invited
  • [Presentation] Maternal exercise improve offspring metabolic health through a novel placentokine2021

    • Author(s)
      Joji Kusuyama
    • Organizer
      77th IRCMS seminar Mini Symposium
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 妊娠期運動の胎盤由来SOD3を介した肥満予防効果の次世代伝播機構2021

    • Author(s)
      楠山 譲二
    • Organizer
      第42回日本肥満学会・第39回日本肥満症治療学会学術集会
  • [Remarks] 妊娠中の運動が子の肥満を防ぐ仕組みを解明

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2022/04/press20220411-01-protein.html

  • [Remarks] 妊娠中の運動が胎盤を通じて子の肥満を防ぐ 胎盤・運動・栄養を活用した次世代の健康増進

    • URL

      https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2021/04/press20210406-01-sod3.html

URL: 

Published: 2022-12-28  

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