筋運動ニッチにおける免疫代謝微小環境の生体イメージング解析

• 研究課題/領域番号: 18K19722
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分59:スポーツ科学、体育、健康科学およびその関連分野
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 神崎 展 東北大学, 医工学研究科, 准教授 (10272262)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: 運動 / 骨格筋 / 代謝 / 免疫 / イメージング / マイオカイン / GLUT4 / 好中球 / 運動免疫 / 糖代謝

研究成果の概要

骨格筋組織内における筋活動と免疫系との連携の詳細は不明な点が多い。本研究では、運動時の筋組織内微小血管系のライブイメージング解析系を新たに構築した。そして、運動筋組織内における好中球、内皮細胞、そして筋線維からなる異種細胞間の機能連携性について調べ、CX3CL1/Fractalkineの生理的重要性を見出した。具体的にはGLUT4-EGFP-tgマウスにてナノ蛍光粒子により好中球を生体内で染色する手法により生体イメージング実験などを行い、fractalkineは運動中骨格筋内における動員好中球とGLUT4膜移行の亢進に不可欠の役割を果たすことを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究によって新たに開発した「運動筋ニッチにおける免疫代謝微小環境の生体イメージング解析システム」は、活動中の骨格筋内局所において惹起される異種細胞間の機能連携とその生理的重要性を理解する上で極めて有用な優れた解析系である。広範な骨格筋研究へと応用が可能であり、筋研究領域に多大な貢献をもたらすと期待される。また、本研究により運動筋ニッチがつかさどる運動免疫ネットワーク制御機構の一端を明らかにできた。今後、2型糖尿病などの生活習慣病、ロコモ、加齢時における「運動筋ニッチ」の状態を精査していくことで、病態生理的観点からも「運動筋ニッチ」の重要性を明らかになれば、新規の治療標的となる可能性が高い。

研究成果

• [国際共同研究] Laval University/Molecular Medicine(カナダ)
• [国際共同研究] Strasborg University/CEED(フランス)
• [国際共同研究] Michigan University/Kinesiology(米国)
• [国際共同研究] University of Michigan(米国)
• [国際共同研究] LENS-Eur. Lab. Non-linear Spectroscopy/University of Florence/INO-National Institute of Optics(イタリア)
• [国際共同研究] Strasbourg University/CEED (Centre European Etude de Diabetes)(フランス)
• [国際共同研究] Laval University(カナダ)
• [雑誌論文] Exercise‐evoked intramuscular neutrophil‐endothelial interactions support muscle performance and GLUT4 translocation: a mouse gnawing model study (2019)
  • 著者名/発表者名: Chaweewannakorn Chayanit、Nyasha Mazvita R.、Chen Weijian、Sekiai Shigenori、Tsuchiya Masahiro、Hagiwara Yoshihiro、Bouzakri Karim、Sasaki Keiichi、Kanzaki Makoto
  • 雑誌名: The Journal of Physiology 巻: 598 号: 1 ページ: 101-122
  • DOI: 10.1113/jp278564
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In vitro exercise model using contractile human and mouse hybrid myotubes (2019)
  • 著者名/発表者名: Chen Weijian、Nyasha Mazvita R.、Koide Masashi、Tsuchiya Masahiro、Suzuki Naoki、Hagiwara Yoshihiro、Aoki Masashi、Kanzaki Makoto
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 11914-11914
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48316-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Unveiling the coupling of flotillin-1 and extracellular α-synuclein: relevance to dopamine transporter trafficking and Lewy body formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi J, Hasegawa T, Sugeno N, Yoshida S, Miki Y, Fukuda M, Kawahata I, Yamakuni T, Tomiyama A, Kawata Y, Ezura M, Kikuchi A, Baba T, Wakabayashi K, Takeda A, Aoki M
  • 雑誌名: FASEB Journal 巻: 33 号: 9 ページ: 10240-10256
  • DOI: 10.1096/fj.201802051r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Involvement of inflammasome activation via elevation of uric acid level in nociception in a mouse model of muscle pain (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Shinichirou、Hagiwara Yoshihiro、Tsuchiya Masahiro、Shinoda Masamichi、Koide Masashi、Hatakeyama Hiroyasu、Chaweewannakorn Chayanit、Suzuki Kazuaki、Yano Toshihisa、Sogi Yasuhito、Itaya Nobuyuki、Sekiguchi Takuya、Yabe Yutaka、Sasaki Keiichi、Kanzaki Makoto、Itoi Eiji
  • 雑誌名: Molecular Pain 巻: 15 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1177/1744806919858797
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sparc, an EPS-induced gene, modulates the extracellular matrix and mitochondrial function via ILK/AMPK pathways in C2C12 cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Melouane Aicha、Yoshioka Mayumi、Kanzaki Makoto、St-Amand Jonny
  • 雑誌名: Life Sciences 巻: 229 ページ: 277-287
  • DOI: 10.1016/j.lfs.2019.05.070
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cooperative actions of Tbc1d1 and AS160/Tbc1d4 in GLUT4-trafficking activities (2018)
  • 著者名/発表者名: Hatakeyama Hiroyasu、Morino Taisuke、Ishii Takuya、Kanzaki Makoto
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 4 ページ: 1161-1172
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.004614
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of Acute Exercise Combined With Calorie Restriction Initiated Late-in-Life on Insulin Signaling, Lipids, and Glucose Uptake in Skeletal Muscle From Old Rats (2018)
  • 著者名/発表者名: Oki Kentaro、Arias Edward B、Kanzaki Makoto、Cartee Gregory D
  • 雑誌名: The Journals of Gerontology: Series A 巻: in press 号: 2 ページ: 207-217
  • DOI: 10.1093/gerona/gly222
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Three-Dimensional Tracking of Quantum Dot-Conjugated Molecules in Living Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Gardini Lucia、Calamai Martino、Hatakeyama Hiroyasu、Kanzaki Makoto、Capitanio Marco、Pavone Francesco Saverio
  • 雑誌名: Methods in molecular biology 巻: 1841 ページ: 425-448
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-8591-3_26
  • ISBN: 9781493985906, 9781493985913
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Neutrophils Provide a Favorable IL-1-Mediated Immunometabolic Niche that Primes GLUT4 Translocation and Performance in Skeletal Muscles (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuchiya Masahiro、Sekiai Shigenori、Hatakeyama Hiroyasu、Koide Masashi、Chaweewannakorn Chayanit、Yaoita Fukie、Tan-No Koichi、Sasaki Keiichi、Watanabe Makoto、Sugawara Shunji、Endo Yasuo、Itoi Eiji、Hagiwara Yoshihiro、Kanzaki Makoto
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 23 号: 8 ページ: 2354-2364
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.04.067
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Prior treatment with the AMPK activator AICAR induces subsequently enhanced glucose uptake in isolated skeletal muscles from 24 month-old rats (2018)
  • 著者名/発表者名: Oki Kentaro、Arias Edward B、Kanzaki Makoto、Cartee Gregory D
  • 雑誌名: Appl. Physiol. Nutr. Metab. 巻: 印刷中 号: 8 ページ: 795-805
  • DOI: 10.1139/apnm-2017-0858
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Roles of IL-1α/β in regeneration of cardiotoxin-injured muscle and satellite cell function (2018)
  • 著者名/発表者名: Chaweewannakorn Chayanit、Tsuchiya Masahiro、Koide Masashi、Hatakeyama Hiroyasu、Tanaka Yukinori、Yoshida Shinichirou、Sugawara Shunji、Hagiwara Yoshihiro、Sasaki Keiichi、Kanzaki Makoto
  • 雑誌名: Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 巻: 印刷中 号: 1 ページ: R90-R103
  • DOI: 10.1152/ajpregu.00310.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Yoshida S, Hagiwara Y, Tsuchiya M, Shinoda M, Koide M, Hatakeyama H, Chaweewannakorn C, Yano T, Sogi Y, Itaya N, Sekiguchi T, Yabe Y, Sasaki K, Kanzaki M, Itoi E. (2018)
  • 著者名/発表者名: Involvement of neutrophils and interleukin-18 in nociception in a mouse model of muscle pain.
  • 雑誌名: Mol Pain. 巻: －
  • DOI: 10.1177/1744806918757286
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Olfactory receptors are expressed in pancreatic beta-cells and promote glucose-stimulated insulin secretion. (2018)
  • 著者名/発表者名: Munakata Y, Yamada T, Imai J, Takahashi K, Tsukita S, Shirai Y, Kodama S, Asai Y, Sugisawa T, Chiba Y, Kaneko K, Uno K, Sawada S, Hatakeyama H, Kanzaki M, Miyazaki JI, Oka Y, Katagiri H
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1499-1499
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19765-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Contractile Skeletal Muscle Cells Cultured with a Conducting Soft Wire for Effective, Selective Stimulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuniaki Nagamine, Hirotaka Sato, Hiroyuki Kai, Hirokazu Kaji, Makoto Kanzaki, Matsuhiko Nishizawa
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 2253-2253
  • DOI: 10.1038/s41598-018-20729-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 液相中プラズマ直接照射による薬剤模擬分子導入の作用機序に関する研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本田 竜介，佐々木 渉太，高島 圭介，神崎 展，佐藤 岳彦，金子 俊郎
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Dominant Factors of In-Liquid Micro Plasma for Drug Introduction into Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Honda ， S. Sasaki ， K. Takashima ， M. Kanzaki ， T. Sato and T. Kaneko
  • 学会等名: The 10th International Workshop on Microplasmas (IWM-10)
  • 国際学会
• [学会発表] Drug introduction into cells using direct exposure of gas-liquid interfacial plasmas (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Honda ， S. Sasaki ， K. Takashima ， M. Kanzaki ， T. Sato and T. Kaneko
  • 学会等名: 24th International Symposium on Plasma Chemistry
  • 国際学会
• [学会発表] The molecule introduction into cells by in-liquid plasma irradiation and investigation of the key factor for introduction (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Honda ， S. Sasaki ， K. Takashima ， M. Kanzaki ， T. Sato ， and T. Kaneko
  • 学会等名: The 6th Japan-Taiwan Workshop on Plasma Life Science and Technology
  • 国際学会
• [学会発表] Short-lived reactive oxygen nitrogen species continuously generated in plasma-exposed solution activates TRP channels and drug uptake (2019)
  • 著者名/発表者名: S. Sasaki ， M. Kawase ， M. Kanzaki ， T. Kaneko
  • 学会等名: The Joint Conference of XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXXIV ICPIG) and the 10th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-10)
  • 国際学会
• [学会発表] In-Solution Type Plasma Device for Highly-Efficient Drug Transfer (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Honda ， S. Sasaki ， K. Takashima ， M. Kanzaki ， T. Sato ， and T. Kaneko
  • 学会等名: The Joint Conference of XXXIV International Conference on Phenomena in Ionized Gases (XXXIV ICPIG) and the 10th International Conference on Reactive Plasmas (ICRP-10)
  • 国際学会
• [学会発表] Gas-Liquid Interfacial Plasmas Yielding Short-Lived Reactive Species for Medical and Agricultural Applications (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko ， S. Sasaki ， K. Takashima ， R. Honda ， M. Kanzaki
  • 学会等名: The 12th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 液相中プラズマによる分子導入因子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: R. Honda ， S. Sasaki ， K. Takashima ， M. Kanzaki ， T. Sato ， and T. Kaneko
  • 学会等名: 第29回日本MRS年次大会
• [学会発表] Gas-Liquid Interfacial Plasmas Generating Short-Lived Reactive Species for Drug/Gene Transfer into Living Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: T. Kaneko ， S. Sasaki ， R. Honda ， M. Kanzaki
  • 学会等名: The 42nd PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fractalkine/CX3CL1 serves as a key factor organizing the neutrophil mediated favorable immunometabolic niche in working skeletal muscles (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki, M. Chaweewannakorn, C. Tsuchiya, M. Sasaki, K
  • 学会等名: Cell Symposia, Exercise Metabolism
  • 国際学会
• [学会発表] Implication of a new protein in the insulin vesicle trafficking (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki. M.
  • 学会等名: EuroDIA meeting 2019
  • 国際学会
• [学会発表] Roles of neutrophils and IL-1 in intramuscular immunometabolic niche for priming GLUT4 translocation during exercise (2018)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki Makoto, Sekiai Shigenori, Hatakeyama Hiroyasu, Chaweewannakorn Chayanit, Sasaki Keiichi, Hagiwara Yoshihiro, Itoi Eiji, Tsuchiya Masahiro
  • 学会等名: The 54th EASD (European Association for the Study of Diabetes) meeting
• [学会発表] 大気圧プラズマ反応性 Ca2+ 透過性チャンネルの同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川瀬将義・川口航汰・畠山裕康・ 佐々木渉太・，金子俊郎・神﨑 展
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会
• [学会発表] 多角的光学イメージング計測により解明したマウス骨格筋繊維におけるGLUT4輸送制御とインスリン初期作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 畠山裕康・神崎 展
  • 学会等名: 第61回日本糖尿病学会
• [備考] Researcher ID:Makoto Kanzaki
  • URL: https://publons.com/researcher/1489749/makoto-kanzaki/
• [備考] ORCID:Makoto Kanzaki
  • URL: https://orcid.org/0000-0002-6884-2955
• [備考] Research Map: Makoto Kanzaki
  • URL: https://researchmap.jp/makotokanzaki
• [備考] Scopus: Makoto Kanzaki
  • URL: https://www.scopus.com/authid/detail.uri?authorId=7006880707
• [備考] 東北大学医工学研究科・神﨑研ホームページ
  • URL: http://www.ecei.tohoku.ac.jp/kanzaki/index.html
• [備考] Research Gate
  • URL: https://www.researchgate.net/profile/Makoto_Kanzaki/
• [産業財産権] 細胞培養用インサート及び電気刺激用培養装置 (2019)
  • 発明者名: 神﨑 展
  • 権利者名: 神﨑 展
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2019-033091
  • 出願年月日: 2019