骨格筋の遅筋特性獲得機序解明とその予測モデルの構築

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26282184
• Research Institution: University of Shizuoka
• Principal Investigator: 三浦 進司 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 教授 (10342932)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 守田 昭仁 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (40239653)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: lipidomics

Outline of Annual Research Achievements

【背景・目的】運動トレーニングは骨格筋中のリン脂質分子種の脂肪酸組成を変化させるが、そのメカニズムは明らかになっていない。転写共役因子であるPGC-1αは、運動トレーニングによる骨格筋の適応反応に重要な役割を果たすため、PGC-1αが運動トレーニングによるリン脂質分子種変化の一端を担っている可能性がある。そこで、リン脂質分子種変化へのPGC-1αの寄与を明らかにすることを試みた。
【方法】骨格筋特異的にPGC-1αを過剰発現させたPGC-1α-Tgマウスより骨格筋を採取し、含まれる脂質成分を一斉分析した。得られたデータについて多変量解析を行った後、骨格筋の性状変化に寄与する分子を同定した。次に、骨格筋特異的にPGC-1αをノックアウトしたPGC-1α-KOマウスに対して、運動トレーニングを5週間施し、骨格筋中の脂質成分を分析した。
【結果】PGC-1αは骨格筋中の脂質構成を大きく変化させた。また、運動トレーニングは、構成する脂肪酸が異なる7種のphosphatidylcholine (PC)と2種のphosphatidylethanolamine (PE)を増加させた。そのうち、PC(18:0/22:6)とPE(18:0/22:6)の増加にはPGC-1αの発現が大きく寄与していることが示唆された。
【考察】リン脂質は細胞膜を構成する主要成分であるので、運動トレーニングによるリン脂質分子種の変化は、膜の形態や柔軟性に影響を及ぼすことで、骨格筋の適応反応に貢献している可能性がある。
【結論】本研究により、運動トレーニングによって特定の脂肪酸組成を有するリン脂質がPGC-1α依存的に変化することが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

研究は「研究の目的」に沿って順調に進捗している。研究成果を英文専門誌に発表した。
Senoo, N., Miyoshi, N., Goto-Inoue, N., Minami, K., Yoshimura, R., Morita, A., Sawada, N., Matsuda, J., Ogawa, Y., Setou, M., Kamei, Y., and Miura, S.*, PGC-1α-mediated changes in phospholipid profiles of exercise-trained skeletal muscle. J Lipid Res, 56, 2286-2296 (2015).
さらに、国内外の学会や研究会において研究成果を発表した。

Strategy for Future Research Activity

【検討項目1】筋萎縮に伴うリン脂質分子種変化へのFOXO1の寄与
筋萎縮を引き起こす転写因子であるFOXO1の過剰発現及び人工的筋萎縮モデルにおけるリン脂質分子種変化、萎縮に伴うリン脂質分子種変化へのFOXO1の寄与を明らかにする。すなわち①骨格筋特異的FOXO1過剰発現マウス(FOXO1-Tg)マウスの骨格筋中のリン脂質分子種組成、②ギプス固定、座骨神経切除、絶食などの人工的な筋萎縮モデルマウスならびに③同様の処置を施した骨格筋特異的FOXO1ノックアウト(FOXO1-KO)マウスの骨格筋中のリン脂質分子種組成を解析する。
【検討項目2】転写調節因子依存的な骨格筋リン脂質多様化の機序解明
リン脂質の生合成経路は、グリセロール3リン酸を出発点としてacyltransferase (AT)により脂肪酸を取り込むde novo経路と、phospholipase A1 (PLA1)またはA2 (PLA2) による脂肪酸の切り出しとATによる再取り込みからなるリモデリング経路の2つが存在する。取り込まれる脂肪酸はacyl-CoA synthetase (ASCL)によって脂肪酸CoAの形に変換される。ATとACSLには数種類のアイソフォームが存在し、各々が各種脂肪酸に対する基質特異性を有する。そのため、これらアイソフォームの発現制御がリン脂質の多様性に貢献している可能性がある。申請者らは、ACSLアイソフォームのうちの１つがPGC-1α Tgマウス骨格筋において発現増加することを確認した。そこで、PGC-1αおよびFOXO1が、AT、PLA1、PLA2、ACSLの発現制御を介してリン脂質への脂肪酸の取り込みを変化させるか否かを、モデルマウス摘出筋、遺伝子改変培養細胞などを用いて検証する。

Causes of Carryover

実験に使用予定の遺伝子組換え動物の繁殖が若干遅れたため、今年度計画していた実験の一部が実行できなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

すでに使用予定の動物の準備は完了したので、今年度計画していた実験を次年度に実行する。

Remarks

本研究の研究成果が、米国生化学分子生物学会 (American Society for Biochemistry and Molecular Biology) の機関誌、ASBMB Todayの2016年2月号にJOURNAL NEWSとして取り上げられた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Chicago(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Chicago
• [Journal Article] PGC-1α-mediated changes in phospholipid profiles of exercise-trained skeletal muscle. (2015)
  • Author(s): Senoo, N., Miyoshi, N., Goto-Inoue, N., Minami, K., Yoshimura, R., Morita, A., Sawada, N., Matsuda, J., Ogawa, Y., Setou, M., Kamei, Y., and Miura, S.
  • Journal Title: J Lipid Res Volume: 56 Pages: 2286-2296
  • DOI: 10.1194/jlr.M060533
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Metabolomic analysis of the skeletal muscle of mice overexpressing PGC-1α. (2015)
  • Author(s): Hatazawa, Y., Senoo, N., Tadaishi, M., Ogawa, Y., Ezaki, O., Kamei, Y., and Miura, S.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10(6) Pages: e0129084
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0129084
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Glycerol 3-phosphate dehydrogenase 1 deficiency enhances exercise capacity due to increased lipid oxidation during strenuous exercise. (2015)
  • Author(s): Sato, T., Morita, A., Mori, N., and Miura, S.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 457 Pages: 653-658
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.01.043
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] PGC-1α, a stimuli-inducible nuclear receptor coactivator: structural features and role in skeletal muscle metabolism gene regulation. (2015)
  • Author(s): Kamei, Y., Hatazawa, Y., Yoshimura, R., and Miura, S.
  • Journal Title: RNA and Transcription Volume: 1 Pages: 6-9
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 骨格筋PGC-1αによる代謝調節 (2016)
  • Author(s): 三浦進司、妹尾奈波、畑澤幸乃、只石幹、亀井康富、江崎治
  • Organizer: 日本薬学会第136年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2016-03-28
  • Invited
• [Presentation] 運動トレーニングによる骨格筋中リン脂質分子種の変化へのPGC-1αの関与 (2015)
  • Author(s): 妹尾奈波、三好規之、守田昭仁、亀井康富、三浦進司
  • Organizer: 第７０回日本体力医学会大会
  • Place of Presentation: 和歌山
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] 骨格筋におけるエネルギー代謝制御研究の新展開 (2015)
  • Author(s): 三浦進司
  • Organizer: 第68回日本栄養・食糧学会中部支部大会
  • Place of Presentation: 静岡
  • Year and Date: 2015-07-18
  • Invited
• [Presentation] PGC-1 alpha mediated changes of phospholipids profile in exercise trained skeletal muscle (2015)
  • Author(s): Senoo, N., Miyoshi, N., Goto-Inoue, N., Morita, A., Sawada, N., Matsuda, J., Ogawa, Y., Setou, M., Kamei, Y., and Miura, S.
  • Organizer: Cell Symposia: Exercise Metabolism
  • Place of Presentation: Amsterdam
  • Year and Date: 2015-07-12 – 2015-07-14
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 運動トレーニングによる骨格筋中リン脂質分子種の変化へのPGC-1αの関与
  • URL: http://dfns.u-shizuoka-ken.ac.jp/labs/nutrbioc/index3.html/Research9.html