負荷付き自発運動による海馬機能向上の分子基盤の解明

• Project/Area Number: 14F04008
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Applied health science
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 征矢 英昭 筑波大学, 体育系, 教授 (50221346)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): LEE MIN CHUL 筑波大学, 体育系, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2015: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 負荷付き自発運動 / 海馬 / 認知機能 / マイクロアレイ (microarray) / 脳由来神経栄養因子 (BDNF) / 神経新生 / 脳由来神経栄養因子(BDNF) / マイクロアレイ

Outline of Annual Research Achievements

距離より仕事量を増大させ筋肥大を誘導できる負荷付き運動が，海馬の神経新生や空間認知機能にも効果的であり，その背景として少なくともBDNFを介して情報伝達の介在を明らかにして来た．しかし，その分子基盤の全体像はいまだ明らかではなく，網羅的な検証が必要である．そこで本研究では，マイクロアレイによる遺伝子発現の網羅的解析を行い，分子基盤の全体像を海馬で明らかにすることを目的とした．
実験には，１０週齢のWistar系雄ラットを安静(Sed)群・負荷なし(WR)群・体重30%負荷(RWR)群の3群に分け，4週間の運動終了後，海馬を取り出し，マイクロアレイ解析(増強：＞1.5倍，抑制：< 0.75倍)とIPA解析(機能分類と遺伝子のネットワーク構築)を行った．また, 海馬の炎症因子の遺伝子発現は定量的realtime PCRにより測定した.
その結果，WR群（増強128個，抑制97個）と比較して，RWR群（増強169個，抑制468個）では，より多くの遺伝子の抑制が確認された．これらの遺伝子をIPA解析により体系化した結果，RWRでは，炎症免疫反応，タンパク質合成，細胞移動に関連する遺伝子群の変動が最も大きかった．特にRWRでは, 炎症因子(IL1B, CXCL1, CXCL9, CCL13, TNF, IL2RAなど)の抑制が顕著にみられた．
負荷付き自発運動が負荷無しに比べて，海馬の適応や認知機能向上に強い効果をもたらすかについて, 遺伝子発現の網羅的解析から検討した結果, 炎症反応に関わる遺伝子群が大きく抑制される特性が明らかになった．炎症因子の多くは海馬の神経可塑性に抑制的に働くことから，炎症因子の脱抑制的なポジティブな効果とBDNFなどによるポジティブな相乗効果が負荷付き輪回し運動条件で強化され，より効果的な海馬の可塑性を高める効果が示唆された．

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] DNA microarray-based analysis of voluntary resistance wheel running reveals novel transcriptome leading robust hippocampal plasticity. (2014)
  • Author(s): Min Chul Lee, Randeep Rakwal, Junko Shibato, Koshiro Inoue, Hyukki Chang, Hideaki Soya
  • Journal Title: Physiological Reports Volume: Vol2(11)
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Down-regulation as the dominant hippocampal gene expression profile with voluntary resistance wheel running by DNA microarray analysis. (2014)
  • Author(s): Min Chul Lee, Randeep Rakwal, Junko Shibato, Koshiro Inoue, Hideaki Soya
  • Organizer: Neuroscience 2014
  • Place of Presentation: Walter E. Washington Convention Center (Washington DC, USA)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] 負荷付き自発運動は海馬の炎症因の発現を抑制する (2014)
  • Author(s): イ ミンチョル, Randeep Rakwal, 柴藤 淳子, 井上 恒志郎, 岡本 正洋, 征矢 英昭
  • Organizer: 第69回日本体力医学会大会
  • Place of Presentation: 長崎大学 (長崎県長崎市)
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-21