2014 Fiscal Year Research-status Report
脂肪酸から糖へのエネルギー基質変換が心機能に及ぼす影響とそのメカニズムの解明
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26461123
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| Research Institution | Gunma University |
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Principal Investigator |
磯 達也 群馬大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (10400756)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
倉林 正彦 群馬大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00215047)
菱木 貴子 慶應義塾大学, 医学部, 講師 (10338022)
小板橋 紀通 群馬大学, 医学部附属病院, 助教 (10420093)
山本 正道 群馬大学, 先端科学研究指導者育成ユニット, 助教 (70423150)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 心不全 / エネルギー代謝 / 脂肪酸 / グルコース / 毛細血管 / 内皮細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脂肪酸取り込みが障害されるFABP4/5ダブルノックアウト（DKO）マウスやCD36 KO マウスの心臓では、エネルギー基質不足を補うために代償的にグルコース代謝が著しく亢進する。
FABP4/5 DKOマウスとCD36 KO マウスにTAC による圧負荷を作成すると、TAC 後３週間でDKO マウスの20％が、CD36 KO マウスの50％が死亡した（野生型は100%生存）。生存したマウスも、DKO マウス・CD36 KO マウスともに心機能が著明に低下した。核医学実験やメタボローム解析などにより、以下の結果を得た。
(1)圧負荷に応答してATP を増産する必要がある状況下でも、DKO マウスとCD36 KO マウスの心臓では、糖利用予備能を負荷前からすでに大幅に利用しているため、相対的な糖取り込みの増加は十分には出来ていない。
(2)圧負荷に応答して心筋細胞が肥大するために、構造蛋白だけでなく生体膜成分の増産が必須であると予想される。しかしながら、生体膜の構成因子であるリン脂質は脂肪酸取り込み低下のため十分に補充されず、それを補うために、有意に減少したクエン酸の中からであっても、脂肪酸合成経路に合成材料を供与せざるを得ない。
(3)心筋にストレスが生じる際には、活性酸素種（ROS）を除去するために、ペントースリン酸経路に流入するグルコースが増加し、NADPHを介した還元型GSHによる酸化還元反応を増幅する。中等度に脂肪酸取り込みが低下したDKOマウスでは、代償的に取り込みが増加したグルコースの一部をペントースリン酸経路にも流用できるが、高度に脂肪酸取り込みが低下したCD36 KOマウスでは、解糖系・TCA回路・脂肪酸合成にほとんどのグルコースが利用されてしまうため、ペントースリン酸経路に流れこむグルコース量が低下したままでほとんど増加させることができない。
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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
以下の実験群（6群）のメタボローム解析がすべて終了した。
１群：野生型TAC (-)、２群：FABP4/5 DKOマウスTAC (-)、３群：FAT KOマウスTAC (-)
４群：野生型TAC (+)、５群：FABP4/5 DKOマウスTAC (+)、６群：FAT KOマウスTAC (+)
ATeamノックインマウスとFABP4/5 DKOマウス、ATeamノックインマウスとFAT KOマウスの交配が順調に進んでおり、それらのマウスを用いて今年度内に、生きたままの心臓のATP濃度を測定する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
１．心筋細胞内のATPレベルをin vivoで評価する
---ATeamノックインマウスを用いた解析---
上記の交配したマウスを用いて、圧負荷（TAC）有または無の状態で、細胞内ATP濃度を、生きたまま、心臓丸ごと、1細胞レベルの高解像度で、高感度・高速反応性に分布変動を定量的に計測する。また、cytosol ATPはPCrにより補充されるため、ATP産生オルガネラのミトコンドリアと細胞質とではATP濃度変化に大きな乖離がある可能性がある。この問題点に対しては、ATeam1 mitochondriaを利用する。これらATeamマウスとFABP4/5 DKOマウス・CD36 KOマウスを交配し、圧負荷（TAC）の有無・時間経過によるATPレベルの変動を拍動する心臓で測定し解析する。
２．脂肪酸取り込み低下に糖取り込み低下が加わった場合、心機能がさらに増悪するか。
ストレプトゾトシンの腹腔投与によりI型糖尿病を誘導した場合、心機能がどのように変化するか観察する。DKOマウスやCD36マウスにストレプトゾトシンを投与すると、I型糖尿病がないときに比べて、心機能はさらに低下すると予想している。観察される現象が、いずれの代謝経路障害の影響によるものなのか、メタボローム解析、フラクソーム解析、組織学的変化、脂肪酸組成（lipid profiling）、酸化ストレス反応、アポトーシス誘導、ATeamノックインマウスの解析により明らかにする。
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[Journal Article] CD36 is indispensable for thermogenesis under conditions offasting and cold stress.2015
Author(s)
Putri M, Syamsunarno MR, Iso T, Yamaguchi A, Hanaoka H, Sunaga H, Koitabashi N, Matsui H, Yamazaki C, Kameo S, Tsushima Y, Yokoyama T, Koyama H, Abumrad NA, Kurabayashi M.
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Journal Title
Biochem Biophys Res Commun
Volume: 457
Pages: 520-5
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Fatty acid binding protein 4 and 5 play a crucial role in thermogenesis under the conditions of fasting and cold stress.2014
Author(s)
Syamsunarno MR, Iso T, Yamaguchi A, Hanaoka H, Putri M, Obokata M, Sunaga H, Koitabashi N, Matsui H, Maeda K, Endo K, Tsushima Y, Yokoyama T, Kurabayashi M.
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Journal Title
PLoS One
Volume: 9
Pages: e90825
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Early Increase in Serum Fatty Acid Binding Protein 4 Levels in Patients with Acute Myocardial Infarction: Lipolysis as a Novel Marker for Myocardial Ischemia.2014
Author(s)
Sunaga H, Ohyama Y, Obokata M, Iso T, Kawaguchi T, Koitabashi N, Funada R, Takama N, Syamsunarno MRAA, Matsui H, Yokoyama T, Kurabayashi M.
Organizer
The 87th annual meeting of American Heart Association
Place of Presentation
Chicago, USA
Year and Date
2014-11-14 – 2014-11-19
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[Presentation] Glucose Uptake in the Heart of FABP4/5 double knockout mice is Promoted by Allosteric and Post-transcriptional Regulation of Glycolytic Pathways.2014
Author(s)
Tatsuya Iso, Kazuhisa Maeda, Hirofumi Hanaoka, Kosaku Goto, Mas Rizky A.A Syamsunarno, Takako Hishiki, Yoshiko Nagahata, Hiroki Matsui, Masashi Arai, Aiko Yamaguchi, Motoaki Sano, Makoto Suematsu, Keigo Endo, Gokhan S. Hotamisligil and Masahiko Kurabayashi.
Organizer
The 18th International Vascular Biology Meeting
Place of Presentation
Kyoto, Japan
Year and Date
2014-04-14 – 2014-04-17
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