Niche-based cross-talk among muscle satellite, motor neuron and end plate in sensing mechanical stimuli during contraction of skeletal muscle cells

Research Project

Project/Area Number	19KK0254
Research Category	Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
Allocation Type	Multi-year Fund
Review Section	Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
Research Institution	Toyohashi Sozo University
Principal Investigator	後藤勝正 (山下勝正) 豊橋創造大学, 保健医療学部, 教授 (70239961)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	江川達郎京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (00722331) 横山真吾豊橋創造大学, 保健医療学部, 助教 (30706859)
Project Period (FY)	2019-10-07 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help	¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000) Fiscal Year 2023: ¥520,000 (Direct Cost: ¥400,000、Indirect Cost: ¥120,000) Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000) Fiscal Year 2021: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000) Fiscal Year 2020: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000) Fiscal Year 2019: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Keywords	サルコペニア / niche / 筋衛星細胞
Outline of Research at the Start	本研究では、筋衛星細胞と運動神経細胞・神経筋接合部のニッチに着目して、運動神経細胞を介した収縮情報のネットワークを中心とした骨格筋の可塑性発現機構を明らかにし、サルコペニア克服策確立のための知的基盤を形成することを目的とする。本研究の目的達成には、共焦点顕微鏡と画像解析ソフトウエアを用いた筋衛星細胞と運動神経細胞・神経筋接合部の空間的位配置の3次元（3D）解析と3D定量化技術が重要な位置を占める。そこで、骨格筋組織の透明化技術、共焦点顕微鏡・画像解析ソフトウエアを用いた卓越した解析技術を確立したミネソタ大学のAsakura博士との国際共同研究として実施する。
Outline of Annual Research Achievements	骨格筋細胞における運動刺激受容機構として筋衛星細胞と運動神経細胞・神経筋接合部のニッチに着目し、加齢に伴うこの空間的相互作用の変容によるサルコペニア発症メカニズムを解明し、運動効果増強によるサルコペニア克服策確立のための知的基盤形成を目指すことを目的として、米国ミネソタ大学との国際共同研究として5か年計画で実施される。2019年度は、その1年目にあたり、国際共同研究実施に向けた準備と遺伝子改変マウスを用いた実験への着手を当初の計画とした。筋衛星細胞特異的Pax7遺伝子により発現する赤色蛍光強発現遺伝子tdTomatoと運動神経細胞に特異的なThy1遺伝子に緑色蛍光遺伝子YFPを導入したレポーターマウスを用いて、運動刺激増加モデルならびに除神経モデルを作成し、運動刺激の増減に伴う筋衛星細胞と神経細胞の空間的位置関係より、細胞間におけるクロストークを経時的追究に着手した。しかし、2020年3月に解析ならびに実験個体数の増加を目的に、さらに2020年度中に3度ミネソタ大学に訪問を計画していたが、新型コロナウイルス感染拡大により渡米ならびにミネソタ大学での遺伝子改変動物を用いた実験をやむなく中止（延期）した。未だ渡米の見通しが立たない状況であるが、実験計画の遂行に必要な実験器具や試薬などは準備でき次第順次ミネソタ大学へ送付しており、いつでも実験を再開できる状況になっている。現在、国内共同研究として、野生型マウスを用いた対照実験として、運動刺激増加モデルならびに運動刺激減少モデルによる検討を行っている。また、ミネソタ大学でも一部サンプルの解析に着手している。渡米できるような状況になり次第、ミネソタ大学を訪問し、研究を推進するよう準備を進めている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 当初の計画では、2020年3月に解析ならびに実験個体数の増加を目的に、さらに2020年度中に3度ミネソタ大学に訪問を計画していたが、ミネソタ大学に訪問する予定であったが、新型コロナウイルス感染拡大により渡米ならびに遺伝子改変動物を用いた実験をやむなく中止（延期）した。また、渡米の見通しが立たない状況であるが、実験計画の遂行に必要な実験器具や試薬などは準備でき次第順次ミネソタ大学へ送付しており、いつでも実験を再開できる状況になっている。現在、国内共同研究として、野生型マウスを用いた対照実験として、運動刺激増加モデルならびに運動刺激減少モデルによる検討を行っている。また、ミネソタ大学でも一部サンプルの解析に着手している。
Strategy for Future Research Activity	新型コロナウイルス感染拡大の収束に見通しが立ち、渡米可能となり次第ミネソタ大学を訪問し、速やかに遺伝子改変動物を用いた実験ならびに解析を推進する予定である。2021年度中に、研究計画の遅れを取り戻したいと考えている。新型コロナウイルス感染状況次第では、研究計画の再度の変更も検討する予定である。