2022 Fiscal Year Research-status Report
骨格筋の代謝機能および量的維持に対するイソチオシアネート化合物の作用機序解析
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21K05419
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| Research Institution | Iwate University |
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Principal Investigator |
伊藤 芳明 岩手大学, 農学部, 教授 (50312517)
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2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 筋萎縮 / Akt / イソチオシアネート / ストレス応答シグナル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、アブラナ科野菜に含まれるイソチオシアネート化合物の骨格筋における代謝機能および量的な維持に対する作用機序を明らかにし、健康有用性を明らかにすることを目的としている。今年度は下記のような結果を得た。
課題１イソチオシアネート化合物の生理作用発現におけるストレス応答シグナルの役割の解析
本化合物が骨格筋由来細胞C2C12において示す糖利用促進効果は、Aktを介したものである。Aktはタンパク質分解抑制に対しても効果をもたらすことから、同時に活性化が見られるストレス応答シグナルとの関係を検討する予定であった。しかし、昨年度、糖利用促進効果においてストレス応答に関わるシグナル分子Iが大きな干渉を示していなかった。そこで今年度は、タンパク質分解とは別に、まず本化合物がタンパク質合成系に与える影響について検討した。その結果、mTOR、S6K1などのリン酸化応答が見られた。しかし、SUnSET法では合成促進効果は見られなかった。その要因として、eIF2αのリン酸化が生じていることが影響していると考えられた。eIF2αのリン酸化にはストレス応答系シグナルも関与することから、本化合物での合成誘導の抑制には、ストレス応答系シグナルが関わっていることが推察された。
課題２生体での本化合物の骨格筋萎縮に対する有効性評価
細胞系よりも生体応答を反映させやすい筋切片インキュベーション系（Ex vivo系）を用いて、本化合物のタンパク質分解抑制活性を評価できる可能性が認められたことから、oxidativeな赤筋であるヒラメ筋とglycolyticな白筋である長指伸筋での応答の差異があるかを検討した。その結果、長指伸筋においてより明確な応答が認められることが明らかとなった。したがって、今後は長指伸筋を用いることでストレス応答シグナルとの関係を評価できると考えられた。
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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
今年度の研究実施課題として、ストレス応答シグナルの活性化が本イソチオシアネート化合物によるタンパク質代謝応答に与える影響の評価と、細胞系よりも生体応答に近い結果を得られやすい筋切片を用いたex vivoインキュベーション系における筋切片特性の違いによる骨格筋分解抑制効果を検討することにあった。
前者は、ストレス応答シグナルがAktを介して作用するタンパク質分解抑制効果に与える影響を明らかにしようとしたものである。しかし、前年度の糖利用促進効果での検討から、細胞系でのストレスに応答するシグナル分子Iの干渉は低いと推察されたため、これまで十分な検討がされていなかった本化合物のタンパク質合成活性化能を検討した。その結果、一部の合成に関わる分子の活性化を見い出せた。しかし、合成関連シグナル分子の活性化は見られるものの、タンパク質合成は十分に促進できないことが明らかになり、その背景にストレス応答シグナルの活性化の関与が考えられた。したがって、本化合物によるタンパク質合成促進効果とストレス応答系との干渉について、新たに研究する余地があることが明らかとなった。
次に後者のex vivoインキュベーション系での評価であるが、細胞系では評価できない筋繊維特性の違いによる応答の差異があることが明らかになった。この結果から、今後、解析する上で長指伸筋を主体とした検討が適当であると考えられた。今後は、ex vivoインキュベーション系を用いて、本イソチオシアネート化合物で刺激した際のAktシグナルとストレス応答シグナルとの関係を評価することした。予備検討では、ストレス応答シグナルの阻害により本イソチオシアネート化合物による筋分解抑制効果の強化が見られることから、詳細な検討を行なっていく意義があると考えている。以上のように、今後につながる結果が得られていることから進捗は概ね順調と考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究推進方針については、各項目ごとに次のように考えている。
課題１イソチオシアネート化合物の生理作用発現におけるストレス応答シグナルの役割の解析
筋切片を用いたインキュベーション系（Ex vivo系）の検討から、本イソチオシアネート化合物の長指伸筋を用いた骨格筋タンパク質分解抑制効果の評価が可能であると考えられることから、抑制に寄与するAkt応答とストレス応答に関わるシグナル分子の活性化による干渉についてex vivoインキュベーション系を用いて検討する。具体的には、ストレス応答シグナル分子の活性を阻害した際のインキュベーション溶液への3-MeHis放出速度を指標とした分解抑制活性への変化や分解および合成に関与するシグナル分子の応答変化を追跡する。
課題２生体での本化合物の骨格筋萎縮に対する有効性評価
筋萎縮が誘導される生体モデルとして、尾部懸垂モデルを用いて骨格筋量の減少抑制に関わる本化合物の有効性を検証する。具体的には、次のような内容を考えている。本化合物には、Nrf2系を介した内因性の抗酸化能を惹起することが知られている。一方、尾部懸垂による不動化処置では、筋萎縮と共に骨格筋での酸化ストレス上昇が起こることが知られている。そこで、本化合物を摂取させ、尾部懸垂を施した時の後肢筋の骨格筋タンパク質分解及び萎縮に与える影響、骨格筋を含む各種臓器における抗酸化関連タンパク質の誘導などを測定する。これらから本化合物の抗酸化誘導活性と廃用性筋萎縮に与える効果との関係を評価する。
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Research Products
(1 results)
