心筋細胞におけるミトコンドリアと興奮-収縮連関の機能協関に関する研究

• 研究課題/領域番号: 17590186
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生理学一般
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 松岡 達 京都大学, 医学研究科, 助手 (00263096)
• 研究分担者: 岡 千晶 京都大学, 医学研究科, 産学官連携助手 (60378669)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 3,600千円 (直接経費: 3,600千円); 2006年度: 1,300千円 (直接経費: 1,300千円); 2005年度: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
• キーワード: ミトコンドリア / Na^+ / Ca^<2+>交換 / 心室筋細胞 / Rhod-2 / 膜電位 / TMRE / NADH / Ca2^+交換 / 心筋細胞 / カルシウムイオン / Na / Ca交換 / カルシウムユニポータ

研究概要

Rhod-2をラット単離心室筋細胞に負荷後し、サポニンにより細胞膜をpermeabilizeし細胞質内のRhod-2を流出させることで、ミトコンドリア内Caを選択的に計測することが可能となった。サポニン処理後、0Na, 300nM Caの液を潅流するとRhod-2蛍光は増加し定常状態に達した。このCa増加はミトコンドリアCa uniporter阻害剤(ruthenium red)で阻害されたので、Ca uniporterが主たるCa流入経路であると考えられた。外液を0Ca, 6mM Naに交換するとRhod-2蛍光は減少した。細胞質Na非存在下には、Rhod-2蛍光はほぼ一定に保たれることから、ミトコンドリアCaの排出の主たるメカニズムはNa/Ca交換(mNCX)であることが示された。mNCXのNaに対する半飽和濃度は約1mMであった。心筋ミトコンドリアmNCXはミトコンドリア内膜電位に依存すると考えられてきた。しかし、上記のmNCX活性化プロトコールを、TMRE(膜電位感受性色素)を負荷した心室筋細胞において実施したところ、内膜電位はほとんど変化しなかった。このことは、mNCXは起電性がほとんど無いことを示唆する。また、NS1619(BKチャネル開口薬)、FCCP(Hイオノフォア)、またはミトコンドリア基質(ピルビン酸、コハク酸等)除去によりミトコンドリア膜電位を脱分極させたときのmNCXを介するCa排出速度は、膜電位が維持されている時と比べて有意な差は無かった。これらの実験データは、心室筋細胞mNCXの膜電位依存性はほとんど無いことを示す。上記、実験データをもとにミトコンドリアCa動態を再構築するコンピュータモデルを作成した。シミュレーション解析の結果、ミトコンドリアCaは、ホスト心筋細胞の収縮頻度依存性に変化し、ミトコンドリア脱水素酵素を活性化することでNADH産生を増加させることが明らかになった。また、実験で観察された細胞収縮頻度依存性のNADH蛍光変化は、心筋細胞のATP消費の増加に伴うADPと無機リン酸が増加(feed back control)と遅延性ミトコンドリアCa増加による脱水素酵素活性化により引き起こされることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Role of Ca^<2+> transporters and channels in the cardiac cell volume regulation. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences 1099 ページ: 377-382
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mitochondrial Ca^<2+> Flux through Na^+/Ca^<2+> Exchange. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kim B, Matsuoka S
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences 1099 ページ: 507-511
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Phosphorylation of Na^+/Ca^<2+> Exchanger in TAB-Induced Cardiac Hypertrophy. (2007)
  • 著者名/発表者名: Katanosaka Y, Kim B, Wakabayashi S, Matsuoka S, Shigekawa M
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences 1099 ページ: 373-376
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Determination of optimal duration of mechanical unloading for failing hearts to achieve bridge to recovery in a rat heterotopic heart transplantation model. (2007)
  • 著者名/発表者名: Oriyanhan W, Tsuneyoshi H, Nishina T, Matsuoka S, Ikeda T, Komeda M
  • 雑誌名: Journal of heart and lung transplantation 26・1 ページ: 16-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Role of Ca^<2+> transporters and channels in the cardiac cell volume regulation. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A.
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences 1099 ページ: 377-382
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mitochondrial Ca2+ Flux through Na^+/Ca^<2+> Exchange. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kim B, Matsuoka S.
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences 1099 ページ: 507-511
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Phosphorylation of Na^+/Ca^<2+> Exchanger in TAB-Induced Cardiac Hypertrophy. (2007)
  • 著者名/発表者名: Katanosaka Y, Kim B, Wakabayashi S, Matsuoka S, Shigekawa M.
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences Mar;1099 ページ: 373-376
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Role of Ca2+ transporters and channels in the cardiac cell volume regulation. (2007)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences (in press)
• [雑誌論文] Mitochondrial Ca2+ flux through Na+/Ca2+ exchange. (2007)
  • 著者名/発表者名: Bongju Kim, Satoshi Matsuoka
  • 雑誌名: Annals of the New York Academy of Sciences (in press)
• [雑誌論文] Inhibition of inward rectifier K^+ currents by angiotensin II in rat atrial myocytes : lack of effects in cells from spontaneously hypertensive rats. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sonoyama et al.
  • 雑誌名: Hypertension Research. 29 ページ: 923-934
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] onic mechanisms of cardiac cell swelling induced by blocking Na^+/K^+ pump as revealed by experiments and simulation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A
  • 雑誌名: Journal of General Physiology. 128・5 ページ: 495-507
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Electroporation through a micro-fabricated orifice and its application to the measurement of cell response to external stimuli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa O, Oana H, Matsuoka S, Noma, A, Kotera H, Washizu M
  • 雑誌名: Measurement Science and Technology 17 ページ: 3127-3133
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Calcium-mediated coupling between mitochondrial substrate dehydrogenation and cardiac workload in single guinea-pig ventricular myocytes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Jo H, Noma A, Matsuoka S
  • 雑誌名: Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 40・3 ページ: 394-404
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Modelling C1^- homeostasis and volume regulation of the cardiac cell. (2006)
  • 著者名/発表者名: Terashima K, Takeuchi A, Sarai N, Matsuoka S, Shim EB, Leem CH, Noma A
  • 雑誌名: Philos Transact A Math Phys Eng Sci. 364・1842 ページ: 1245-1265
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] β-adrenergic stimulation does not activate Na^+-Ca^<2+> exchange current in guinea-pig, mouse and rat ventricular myocytes (2006)
  • 著者名/発表者名: Xue Lin, Hikari Jo, Yutaka Sakakibara, Keiichi Tambara, Bongju Kim, Masashi Komeda, Satoshi Matsuoka
  • 雑誌名: American Journal of Physiology Cell Physiology 290・2
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] simBio : A Java package for the development of detailed cell models. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sarai N, Matsuoka S, Noma A
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology. 90・1-3 ページ: 360-377
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inhibition of inward rectifier K^+ currents by angiotensin II in rat atrial myocytes : lack of effects in cells from spontaneously hypertensive rats. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sonoyama K, Ninomiya H, Igawa O, Kaetsu Y, Furuse Y, Hamada T, Miake J, Li P, Yamamoto Y, Ogino K, Yoshida A, Taniguchi S, Kurata Y, Matsuoka S, Narahashi T, Shiota G, Nozawa Y, Matsubara H, Horiuchi M, Shirayoshi Y, Hisatome I.
  • 雑誌名: Hypertension Research. 29 ページ: 923-934
  • NAID: 10018832012
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Determination of optimal duration of mechanical unloading for failing hearts to achieve bridge to recovery in a rat heterotopic heart transplantation model. (2006)
  • 著者名/発表者名: Oriyanhan W, Tsuneyoshi H, Nishina T, Matsuoka S, Ikeda T, Komeda M.
  • 雑誌名: Journal of heart and lung transplantation 26 ページ: 16-23
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ionic mechanisms of cardiac cell swelling induced by blocking Na^+/K^+ pump as revealed by experiments and simulation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A.
  • 雑誌名: Journal of General Physiology. 128 ページ: 495-507
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Electroporation through a micro-fabricated orifice and its application to the measurement of cell response to external stimuli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa O, Oana H, Matsuoka S, Noma, A, Kotera H, Washizu M.
  • 雑誌名: Measurement Science and Technology 17 ページ: 3127-3133
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Simulation Study to Rescue the Na^+/Ca^<2+> Exchanger Knockout Mice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki Sarai, Tsutomu Kobayashi, Satoshi Matsuoka, Akinori Noma.
  • 雑誌名: Journal of Physiological Sciences 56 ページ: 211-217
  • NAID: 10020331558
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Calcium-mediated coupling between mitochondrial substrate dehydrogenation and cardiac workload in single guinea-pig ventricular myocytes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Jo H, Noma A, Matsuoka S.
  • 雑誌名: Journal of Molecular and Cellular Cardiology. 40 ページ: 394-404
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Modelling C1- homeostasis and volume regulation of the cardiac cell. (2006)
  • 著者名/発表者名: Terashima K, Takeuchi A, Sarai N, Matsuoka S, Shim EB, Leem CH, Noma A.
  • 雑誌名: Philos Transact A Math Phys Eng Sci. 364(1842) ページ: 1245-65
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] B-adrenergic stimulation does not activate Na^+-Ca^<2+> exchange current in guinea-pig, mouse and rat ventricular myocytes (2006)
  • 著者名/発表者名: Xue Lin, Hikari Jo, Yutaka Sakakibara, Keiichi Tambara, Bongju Kim, Masashi Komeda, Satoshi Matsuoka.
  • 雑誌名: American Journal of Physiology Cell Physiology 290
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A Java package for the development of detailed cell models. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sarai N, Matsuoka S, Noma A. simBio
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology. 90 ページ: 360-377
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Ionic mechanisms of cardiac cell swelling induced by blocking Na+/K+ pump as revealed by experiments and simulation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Takeuchi A, Tatsumi S, Sarai N, Terashima K, Matsuoka S, Noma A
  • 雑誌名: Journal of General Physiology. 128(5) ページ: 495-507
• [雑誌論文] A Simulation Study to Rescue the Na+/Ca2+ Exchanger Knockout Mice. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nobuaki S, Kobayashi T, Matsuoka S, Noma A
  • 雑誌名: Journal of Physiological Sciences 56(3) ページ: 211-217
  • NAID: 10020331558
• [雑誌論文] Modelling Cl- homeostasis and volume regulation of the cardiac cell. (2006)
  • 著者名/発表者名: Terashima K, Takeuchi A, Sarai N, Matsuoka S, Shim EB, Leem CH, Noma A
  • 雑誌名: Philos Transact A Math Phys Eng Sci. 364(1842) ページ: 1245-1265
• [雑誌論文] A Java package for the development of detailed cell models. (2006)
  • 著者名/発表者名: Sarai N, Matsuoka S, Noma A
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology. 90(1-3) ページ: 360-377
• [雑誌論文] Calcium-mediated coupling between mitochondrial substrate dehydrogenation and cardiac workload in single guinea-pig ventricular myocytes. (2006)
  • 著者名/発表者名: Jo H, Noma A, Matsuoka S
  • 雑誌名: Journal of Molecular and Cellular Cardiology 40・3 ページ: 394-404
• [雑誌論文] β-adrenergic stimulation does not activate Na^+-Ca^<2+> exchange current in guinea-pig, mouse and rat ventricular myocytes (2006)
  • 著者名/発表者名: Lin X, Jo H, Sakakibara Y, Tambara K, Kim B, Komeda M, Matsuoka S
  • 雑誌名: American Journal of Physiology Cell Physiology 290・2
• [雑誌論文] Does the β_2-agonist clenbuterol help to maintain myocardial potential to recover during mechanical unloading? (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsuneyoshi H, Oriyanhan W, Kanemitsu H, Shiina R, Nishina T, Matsuoka S, Ikeda T, Komeda M
  • 雑誌名: Circulation. 112(9 Suppl) ページ: 151-156
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Regulation of oxidative phosphorylation in intact mammalian heart in vivo. (2005)
  • 著者名/発表者名: Korzeniewski B, Noma A, Matsuoka S
  • 雑誌名: Biophysical Chemistry 116・2 ページ: 145-157
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Computational modelling of H^+ coupled peptide transport via human PEPT1. (2005)
  • 著者名/発表者名: Irie M, Terada T, Katsura T, Matsuoka S, Inui K
  • 雑誌名: Journal of Physiology. 565・2 ページ: 429-439
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 包括的心筋細胞モデル(京都モデル) (2005)
  • 著者名/発表者名: 皿井伸明, 松岡 達, 野間昭典
  • 雑誌名: 血管医学 6・6 ページ: 657-667
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 活動電位のシミュレーション (Kyoto model) (2005)
  • 著者名/発表者名: 松岡 達, 皿井伸明, 城 日加里, 野間昭典
  • 雑誌名: 心臓 37・6 ページ: 48-493
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Does the B_2-agonist clenbuterol help to maintain myocardial potential to recover during mechanical unloading? (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsuneyoshi H, Oriyanhan W, Kanemitsu H, Shiina R, Nishina T, Matsuoka S, Ikeda T, Komeda M.
  • 雑誌名: Circulation. 112(9 Suppl)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Regulation of oxidative phosphorylation in intact mammalian heart in vivo. (2005)
  • 著者名/発表者名: Korzeniewski B, Noma A, Matsuoka S.
  • 雑誌名: Biophysical Chemistry 116(2) ページ: 145-157
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Computational modelling of H^+coupled peptide transport via human PEPT1. (2005)
  • 著者名/発表者名: Irie M, Terada T, Katsura T, Matsuoka S, Inui K.
  • 雑誌名: Journal of Physiology. 565 ページ: 429-439
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] simBio : A Java package for the development of detailed cell models. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sarai N, Matsuoka S, Noma A.
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology 90・1-3 ページ: 360-377
• [雑誌論文] Does the β_2-agonist clenbuterol help to maintain myocardial potential to recover during mechanical unloading? (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsuneyoshi H, Oriyanhan W, Kanemitsu H, Shiina R, Nishina T, Matsuoka S, Ikeda T, Komeda M.
  • 雑誌名: Circulation 112・(9Suppl)
• [雑誌論文] Simulation analysis of intracellular Na^+ and C1^- homeostasis during β1-adrenergic stimulation of cardiac myocyte.
  • 著者名/発表者名: Kuzumoto M, Takeuchi A, Nakai H, Oka C, Noma A, Matsuoka S
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology. (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Simulation analysis of intracellular Na^+ and Cl-homeostasis during B1-adrenergic stimulation of cardiac myocyte.
  • 著者名/発表者名: Masanori Kuzumoto, Ayako Takeuchi, Hiroyuki Nakai, Chiaki Oka, Akinori Noma, Satoshi Matsuoka.
  • 雑誌名: Progress in Biophysics and Molecular Biology. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] QT間隔の診かた・考え方(活動電位のシミュレーション)(有田 眞、犀川哲典、小野克重 編) (2007)
  • 著者名/発表者名: 松田裕之, 松岡 達
  • 出版者: 医学書院(印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より