骨格筋不全におけるmitoNEETによるミトコンドリア機能制御の分子機構の解明

2014 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26350879
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 絹川 真太郎 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 講師 (60399871)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 筒井 裕之 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (70264017) ; 松島 将士 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (80552869) ; 横田 卓 北海道大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (90374321)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ミトコンドリア / 骨格筋不全 / 鉄代謝

Outline of Annual Research Achievements

高脂肪食負荷糖尿病モデル、アンジオテンシンII投与高血圧モデル、心筋梗塞後心不全モデルを作成し、運動能力が低下し、骨格筋不全を呈するかどうかを検討した。いずれのモデルにおいても小動物用トレッドミルで評価した運動能力は低下した。また、下肢骨格筋を摘出し、ミトコンドリア呼吸能、TCAサイクル酵素活性、骨格筋線維型、骨格筋細胞断面積、タンパクユビキチン化およびアポトーシスを評価した。いずれのモデルにおいても、骨格筋ミトコンドリア機能障害、骨格筋線維型変移が起こった。アンジオテンシンII投与モデルにおいては、骨格筋萎縮も観察された。さらに、これらの骨格筋不全モデルの骨格筋において、mitoNEETタンパク発現の減少とともに、ミトコンドリア鉄容量が増加し、酸化ストレス産生が増加した。一方、これまでミトコンドリアへの鉄流入や流出に関わっていることが知られているタンパク発現に変化がなかった。
次に、骨格筋培養細胞C2C12を用いた研究を行った。C2C12筋芽細胞を5日間培養し、筋管細胞まで分化させた。アンジオテンシンIIおよび過酸化水素を培養細胞に添加した。これらの処置によって、細胞傷害モデル骨格筋細胞を作成したところ、ミトコンドリア機能が障害された。また、mitoNEETタンパク発現が減少した。これらの培養細胞を用いた研究によって、骨格筋不全モデル動物と同等の結果が観察された。現在、mitoNEET SiRNAを用いて骨格筋培養細胞のmitoNEETのノックダウンを行い、ミトコンドリア機能、鉄代謝および酸化ストレス評価を行っている。
今後、mitoNEET欠損マウスにおいて骨格筋不全を呈するかどうか、上記の骨格筋不全モデルをmitoNEET欠損マウスに作成することによって骨格筋不全が悪化するかどうかを検討する予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

交付申請書の平成26年度の研究実施計画に記載した複数のin vivoでの骨格筋不全モデルの作成からmitoNEETタンパク発現、ミトコンドリア鉄容量、酸化ストレス産生などの評価が終了し、概ね我々の研究仮説に合致する結果を得ることができた。さらに、in vitroでの骨格筋培養細胞を用いた骨格筋細胞障害モデルを確立し、in vivoで観察された結果と同等の結果を得ることができた。予定通り、ノックダウンシステムによる研究を推進中である。

Strategy for Future Research Activity

平成26年度の研究計画は変更なく、仮説通りの結果が得られた。平成27年度から28年度にかけては、Cre-loxPシステムを用いたmitoNEET欠損マウスによる運動能力、骨格筋ミトコンドリア機能、骨格筋形態、酸化ストレスや鉄代謝の検討を行う予定である。現時点では、計画を変更すべき問題はなく、研究を遂行する上での明確な課題は見当たらない。当初の予定通り、研究を推進する。

Research Products

• [Journal Article] Angiotensin II can directly induce mitochondrial dysfunction, decrease oxidative fibre number and induce atrophy in mouse hindlimb skeletal muscle. (2015)
  • Author(s): Kadoguchi T, Kinugawa S, Takada S, Fukushima A, Furihata T, Homma T, Masaki Y, Mizushima W, Nishikawa M, Takahashi M, Yokota T, Matsushima S, Okita K, Tsutsui H
  • Journal Title: Exp Physiol Volume: 100 Pages: 312-322
  • DOI: 10.1113/expphysiol.2014.084095.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Intramyocellular lipid is increased in the skeletal muscle of patients with dilated cardiomyopathy with lowered exercise capacity (2014)
  • Author(s): Hirabayashi K, Kinugawa S, Yokota T, Takada S, Fukushima A, Suga T, Takahashi M, Ono T, Morita N, Omokawa M, Harada K, Oyama-Manabe N, Shirato H, Matsushima S, Okita K, Tsutsui H
  • Journal Title: Int J Cardiol Volume: 176 Pages: 1110-1112
  • DOI: 10.1016/j.ijcard.2014.07.113.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] (Pro)renin receptor in skeletal muscle is involved in the development of insulin resistance associated with postinfarct heart failure in mice. (2014)
  • Author(s): Fukushima A, Kinugawa S, Takada S, Matsushima S, Sobirin MA, Ono T, Takahashi M, Suga T, Homma T, Masaki Y, Furihata T, Kadoguchi T, Yokota T, Okita K, Tsutsui H
  • Journal Title: Am J Physiol Endocrinol Metab Volume: 307 Pages: E503-E514
  • DOI: 10.1152/ajpendo.00449.2013.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Pioglitazone ameliorates the lowered exercise capacity and impaired mitochondrial function of the skeletal muscle in type 2 diabetic mice. (2014)
  • Author(s): Takada S, Hirabayashi K, Kinugawa S, Yokota T, Matsushima S, Suga T, Kadoguchi T, Fukushima A, Homma T, Mizushima W, Masaki Y, Furihata T, Katsuyama R, Okita K, Tsutsui H
  • Journal Title: Eur J Pharmacol Volume: 740 Pages: 690-696
  • DOI: 10.1016/j.ejphar.2014.06.008.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Combination of exercise training and diet restriction normalizes limited exercise capacity and impaired skeletal muscle function in diet-induced diabetic mice. (2014)
  • Author(s): Suga T, Kinugawa S, Takada S, Kadoguchi T, Fukushima A, Homma T, Masaki Y, Furihata T, Takahashi M, Sobirin MA, Ono T, Hirabayashi K, Yokota T, Okita K, Tsutsui H
  • Journal Title: Endocrinology Volume: 155 Pages: 68-80
  • DOI: 10.1210/en.2013-1382.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Disruption of outer mitochondrial membrane protein, mitoNEET, increases mitochondrial iron content in the heart. (2014)
  • Author(s): Furihata T, Kinugawa S, Matsushima S, Takada S, Fukushima A, Mizushima W, Kadoguchi T, Masaki Y, Yokota T, Tsutsui H
  • Organizer: American Heart Association Scientific Session 2014
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-16
• [Presentation] Angiotensin II directly induces mitochondrial dysfunction and atrophy in the skeletal muscle. (2014)
  • Author(s): Kadoguchi T, Kinugawa S, Fukushima A, Furihata T, Suga T, Takada S, Mizushima W, Kudo M, Matsumoto J, Tsuda M, Nishikawa M, Yokota T, Matsushima S, Okita K, Tsutsui H
  • Organizer: American Heart Association Scientific Session 2014.
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-16
• [Presentation] Brain-derived neurotrophic factor maintains exercise capacity and mitochondrial function in the skeletal muscle through AMPK-PGC-1α signaling (2014)
  • Author(s): Takada S, Kinugawa S, Matsushima S, Mizushima W, Fukushima A, Furihata T, Kadoguchi T, Yokota T, Suga T, Okita K, Tsutsui H
  • Organizer: American Heart Association Scientific Session 2014.
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-16
• [Presentation] AST-120 ameliorates lowered exercise capacity and mitochondrial dysfunction of the skeletal muscle in mice with chronic kidney disease via reducing oxidative stress (2014)
  • Author(s): Nishikawa M, Ishimori N, Takada S, Saito A, Kadoguchi T, Furihata T, Fukushima A, Matsushima S, Yokota T, Kinugawa S, Tsutsui H
  • Organizer: American Heart Association Scientific Session 2014.
  • Place of Presentation: Chicago, USA
  • Year and Date: 2014-11-16 – 2014-11-16
• [Presentation] Sesamin improves lowered exercise capacity, mitochondrial dysfunction in the skeletal muscle from high fat diet-induced diabetis mice (2014)
  • Author(s): Takada S, Kinugawa S, Takemoto D, Masaki Y, Kadoguchi T, Yokota T, Matsushima S, Fukushima A, Homma T, Furihata T, Suga T, Katsuyama R, Ono Y, Shibata H, Okita K, Tsutsui H
  • Organizer: 50th European Association for the Study of Diabetes Annual Meetings
  • Place of Presentation: Vienna, Austria
  • Year and Date: 2014-09-18 – 2014-09-18
• [Presentation] Dipeptidyl peptidase-4 inhibitor improved exercise capacity in association with switching to oxidative skeletal muscle fiber type in mice with post-infarct heart failure (2014)
  • Author(s): Masaki Y, Kinugawa S, Takada S, Kadoguchi T, Fukushima A, Homma T, Furihata T, Katsuyama R, Suga T, Takahashi M, Yokota T, Matsushima S, Okita K, Tsutsui H
  • Organizer: 74th American Diabetic Association Scientific Seissions
  • Place of Presentation: San Francisco, USA
  • Year and Date: 2014-06-14 – 2014-06-14
• [Book] 心不全における骨格筋の重要性・臨床心不全のいちばん大事なところ60 (2014)
  • Author(s): 絹川真太郎
  • Total Pages: 351
  • Publisher: メディカ出版