筋細胞の適応を決定する運動後のカルシウムイオンダイナミクスの重要性

• 研究課題/領域番号: 16H03240
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: スポーツ科学
• 研究機関: 電気通信大学
• 研究代表者: 狩野 豊 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (90293133)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,030千円 (直接経費: 13,100千円、間接経費: 3,930千円); 2019年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2018年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2017年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2016年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 骨格筋 / カルシウムイオン / 可塑性 / 性差 / 筋収縮 / 熱ストレス / タンパク質合成 / エキセントリック収縮 / 廃用性筋萎縮 / 糖尿病 / 細胞内カルシウムイオン / 筋損傷 / 筋肥大 / バイオイメージング / in vivo / 生理学

研究成果の概要

骨格筋の筋肉量や筋力を維持するための筋細胞適応のメカニズムについては十分な理解が得られていない．本研究は，細胞内に存在するカルシウムイオンが筋肉量や筋機能をコントロールする可能性を調べた．その結果，運動時には細胞内のカルシウムイオンが増加し，しばらく持続的に変動することが明らかになった．この変化は，運動の方法や性差によって異なっていた．このような特徴的なカルシウムイオン変動パターンは，運動による骨格筋量の変化を制御している可能性がある．

研究成果の学術的意義や社会的意義

加齢や寝たきりなどの不活動状態，あるいは代謝的疾患（糖尿病など）に関連した筋肉量の減少は，Quality of Life(QOL)や健康寿命などに直結するリスクファクターである．本研究によって解明された運動時のカルシウムイオン変動パターンは，筋肉量を維持するための運動トレーニングやリハビリテーションのプログラム開発への応用が期待される．

研究成果

• [国際共同研究] カンザス州立大学/ユタ州立大学(米国)
• [国際共同研究] Kansas stete University/University of Utah School of Medicine(米国)
• [国際共同研究] カンザス州立大学(米国)
• [国際共同研究] カンザス州立大学(米国)
• [雑誌論文] Sex differences in mitochondrial Ca2+ handling in mouse fast-twitch skeletal muscle in vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Daiki、Hatakeyama Koji、Ikegami Ryo、Eshima Hiroaki、Yagishita Kazuyoshi、Poole David C.、Kano Yutaka
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 128 号: 2 ページ: 241-251
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00230.2019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Accumulation of intramyocyte TRPV1-mediated calcium during heat stress is inhibited by concomitant muscle contractions (2019)
  • 著者名/発表者名: Ikegami Ryo、Eshima Hiroaki、Mashio Takuro、Ishiguro Tomosada、Hoshino Daisuke、Poole David C.、Kano Yutaka
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 126 号: 3 ページ: 691-698
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00668.2018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Regional differences in Ca2+ entry along the proximal-middle-distal muscle axis during eccentric contractions in rat skeletal muscle (2019)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi Ayaka、Eshima Hiroaki、Tanaka Yoshinori、Nogami Shunsuke、Inoue Naoki、Sudo Mizuki、Okada Hidetaka、Poole David C.、Kano Yutaka
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 127 号: 3 ページ: 828-837
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.01005.2018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Muscle hypertrophy following blood flow-restricted low force isometric electrical stimulation in rat tibialis anterior: Role for muscle hypoxia. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nakajima T, Koide S, Yasuda T, Hasegawa T, Yamasoba T, Obi S, Toyoda S, Nakamura F, Inoue T, Poole DC, Kano Y
  • 雑誌名: J Appl Physiol 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 134-145
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00972.2017
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microvascular Permeability of Skeletal Muscle After Eccentric Contraction-Induced Muscle Injury: In Vivo Imaging Using Two-Photon Laser Scanning Microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Hotta, Bradley Behnke, Kazuto Masamoto, Rie Shimotsu, Naoya Onodera, Akihiko Yamaguchi, David Poole, Yutaka Kano
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 125 号: 2 ページ: 369-380
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00046.2018
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Improved skeletal muscle Ca2+ regulation in vivo following contractions in mice overexpressing PGC-1α. (2017)
  • 著者名/発表者名: Eshima, H., Miura, S., Senoo, N., Hatakeyama, K., Poole, D.C., and Kano, Y.
  • 雑誌名: Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1017-1028
  • DOI: 10.1152/ajpregu.00032.2017
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] In vivo Ca2+ dynamics induced by Ca2+ injection in individual rat skeletal muscle fibers (2016)
  • 著者名/発表者名: Mario Wakizaka, Hiroaki Eshima, Yoshinori Tanaka, Hideki Shirakawa, David C. Poole, Yutaka Kano
  • 雑誌名: Physiological Reports 巻: 5 号: 5
  • DOI: 10.14814/phy2.13180
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] pH buffering of single rat skeletal muscle fibers in the in vivo environment. (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Tanaka, Tadakatsu Inagaki, David C. Poole and Yutaka Kano.
  • 雑誌名: American Journal of Physiology - Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 巻: in press 号: 10 ページ: R926-R933
  • DOI: 10.1152/ajpregu.00501.2015
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] バイオイメージング科学の筋細胞研究への応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 狩野 豊
  • 学会等名: 第74回 日本体力医学会大会 つくば
  • 招待講演
• [学会発表] 損傷再生過程における細胞内カルシウムイオンダイナミクスとmTOR系の変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田渕絢香，白川英樹，芝口翼，杉浦崇夫，狩野豊
  • 学会等名: 第73回 日本体力医学会 学会大会 福井
• [学会発表] 熱ストレスおよび筋収縮が筋細胞質内カルシウムイオン濃度に及ぼす影響 (2018)
  • 著者名/発表者名: 池上諒，江島弘晃，星野太佑，狩野豊
  • 学会等名: 第73回 日本体力医学会 学会大会 福井
• [学会発表] In vivo intracellular Ca2+ dynamics over 7 days following novel eccentric contractions in rat skeletal muscle (2017)
  • 著者名/発表者名: Ayaka Tabuchi, Hideki Shirakawa, David C Poole, Yutaka Kano
  • 学会等名: 第64回アメリカスポーツ医学会
  • 国際学会
• [学会発表] 伸張性筋収縮後に観察される筋細胞内Ca2+ダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 田渕絢香，狩野豊
  • 学会等名: 第71回日本体力医学会
  • 発表場所: 市民文化ホール（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2016-09-23
• [備考] 電気通信大学 基盤理工学専攻 化学生命工学プログラム 狩野研究室
  • URL: http://www.ecc.es.uec.ac.jp/index.html
• [備考] Research Highlights: In vivo bioimaging
  • URL: http://www.ru.uec.ac.jp/e-bulletin/research-highlights/2020/in-vivo-bioimaging-technology-to-elucidate-sex-dependent-differences-in-skeletal-muscle-function.html
• [備考] 電気通信大学 基盤理工学専攻 狩野研究室
  • URL: http://www.ecc.es.uec.ac.jp/index.html
• [備考] 電気通信大学狩野研究室ホームページ
  • URL: http://www.ecc.es.uec.ac.jp/index.html