ミトコンドリアダイナミクスを標的とした心臓老化に対する新しい治療法の開発

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26893211
• Research Institution: Kagoshima University
• Principal Investigator: 池田 義之 鹿児島大学, 医歯(薬)学総合研究科, 特任講師 (00573023)
• Project Period (FY): 2014-08-29 – 2016-03-31
• Keywords: 老化 / 循環器 / ミトコンドリア / ｵｰトファジー

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、心臓老化の原因を検討し、治療ターゲットを明らかにすることである。ミトコンドリアは絶えず細胞環境に応じてFissionとFusionを繰り返して形態を変化させるミトコンドリアダイナミクスを有することに着目し、ミトコンドリア形態が加齢とともに変化し、オートファジーによるミトコンドリアの質管理を抑制し、老化ミトコンドリアの蓄積からその機能低下を惹起し、結果心臓の老化を来しているのではないかという仮説を立証する。
正常マウス（C57BL6）では、老化に伴い心機能は低下し、ミトコンドリア機能は低下し、ミトコンドリアはFusionに傾いていた。電子顕微鏡による検討で、ミトコンドリアを内包したオートファゴソーム・オートライソゾーム数が加齢とともに減少していた。
次にミトコンドリアのFissionに必須であるDrp1を心筋特異的にノックアウトしたマウス（Drp1-CKO）を作成して検討を行った。Drp1-CKOでは、ミトコンドリアはFusionに傾いていた。Drp1-CKOはコントロールマウスと比較し老化の進行が確認された。さらにミトコンドリア機能は低下し、異常ミトコンドリアが蓄積していた。以上から、加齢に伴うミトコンドリアのFusion化が、心臓老化を来している可能性が示唆された。
最後に、培養心筋細胞を用いて検討を行った。ミトコンドリアのオートファジーに伴う排除機構を調べるために、ミトコンドリア特異的にKeima蛍光を発光する実験系を用いた。Keimaは中性と酸性の環境下で励起波長を変化させる特徴を持つ。それ故Keimaの励起波長の変化をとらえることでミトコンドリアがオートファジーにより処理されているか否かを評価することが可能である。この実験系では、Drp1をノックダウンした培養心筋においてオートファジーによるミトコンドリアの処理が低下していることが確認された。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Drp1-Dependent Mitochondrial Autophagy Plays a Protective Role Against Pressure Overload-Induced Mitochondrial Dysfunction and Heart Failure. (2016)
  • Author(s): Akihiro Shirakabe, Peiyong Zhai, Yoshiyuki Ikeda, Toshiro Saito, Yasuhiro Maejima, Chiao-Po Hsu, Masatoshi Nomura, Kensuke Egashira, Beth Levine, Junichi Sadoshima,
  • Journal Title: Circulation Volume: 133 Pages: 1249-1263
  • DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.115.020502. Epub 2016 Feb 25.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Endogenous Drp1 mediates mitochondrial autophagy and protects the heart against energy stress. (2015)
  • Author(s): Yoshiyuki Ikeda, Akihiro Shirakabe, Yasuhiro Maejima, Peiyong Zhai, Sebastiano Sciarretta, Jessica Toli, Masatoshi Nomura, Katsuyoshi Mihara, Kensuke Egashira, Mitsuru Ohishi, Maha Abdellatif, Junichi Sadoshima
  • Journal Title: Circ Res Volume: 112 Pages: 264-278
  • DOI: 10.1161/CIRCRESAHA.116.303356. Epub 2014 Oct 20.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] シンポジウム：心臓老化とマイトファジー (2015)
  • Author(s): 2.池田義之、大石 充
  • Organizer: 第51回高血圧関連疾患モデル学会
  • Place of Presentation: 大阪府豊中市、千里ライフサイエンスセンター
  • Year and Date: 2015-10-30 – 2015-10-31
  • Invited
• [Presentation] Cardiac Specific Disruption of Dynamin Related Protein-1 Develops Cardiac Dysfunction via Inhibition of Autophagy. (2015)
  • Author(s): 1.Yoshiyuki Ikeda, Junichi Sadoshima, Mitsuru Ohishi.
  • Organizer: 第79回 日本循環器学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 大阪府大阪市、大阪国際会議場
  • Year and Date: 2015-04-24 – 2015-04-26
• [Presentation] Mitochondrial Fission Pays an Essential Role to Induce Stress Resistance in Response to Cardiac Ischemia/Reperfusion via Mitochondrial Autophagy. (2015)
  • Author(s): 2.Yoshiyuki Ikeda, Junichi Sadoshima, Mitsuru Ohishi.
  • Organizer: 第79回 日本循環器学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 大阪府大阪市、大阪国際会議場
  • Year and Date: 2015-04-24 – 2015-04-26