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運動ストレス応答にカルパインの酵素活性はなぜ必要なのか?

研究課題

研究課題/領域番号 19H04014
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分59020:スポーツ科学関連
研究機関国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構

研究代表者

尾嶋 孝一  国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産研究部門, 上級研究員 (60415544)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2022年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2021年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2020年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2019年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
キーワード骨格筋 / カルパイン / 運動刺激
研究開始時の研究の概要

カルパインはCa2+依存的に活性化するタンパク質分解酵素である。一方、骨格筋は運動刺激に常に曝されるが、その刺激に正常に応答することで筋変性を防いでいる。しかし、いかにして骨格筋が運動ストレスを感知し、どのような応答機構を発動することで、筋変性を防いでいるのかについてはコンセンサスが得られていない。本研究はカルパイン3の酵素活性に着目し、運動ストレスに対する骨格筋細胞の応答機構を解明することを目指した研究である。

研究成果の概要

本研究ではタンパク質切断酵素であるカルパイン3に着目し、骨格筋への運動ストレス負荷によりカルパイン3が活性化する理由を探求した。骨格筋細胞では骨格筋特異的に発現するカルパイン3、組織普遍的に発現するカルパイン1およびカルパイン2が発現するため、カルパイン間での相互関係を検討した結果、カルパイン1, 2および3において、タンパク質切断酵素-基質の関係があることを明らかにした。骨格筋細胞内でカルパイン3が活性化することで、カルパイン1および2の活性化を誘起していると考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

カルパインは組織普遍的あるいは組織特異的に発現するタイプがあり、ヒトでは15種類存在する。骨格筋細胞でカルパイン1, 2,および3が発現することが知られていたが、3種類のカルパインが同一細胞内に存在する意義は不明であった。本研究では、骨格筋細胞内に共存するカルパイン1、2、3間には切断酵素と基質の関係があることを示し、骨格筋細胞内に異なる種類のカルパインが発現する意義を説明することが可能となった。

報告書

(5件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 2020 2019

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Calpain-3 not only proteolyzes calpain-1 and -2 but also is a substrate for calpain-1 and -22023

    • 著者名/発表者名
      Ojima Koichi、Hata Shoji、Shinkai-Ouchi Fumiko、Ono Yasuko、Muroya Susumu
    • 雑誌名

      The Journal of Biochemistry

      巻: 174 号: 5 ページ: 421-431

    • DOI

      10.1093/jb/mvad057

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Developing fluorescence sensor probe to capture activated muscle-specific calpain-3 (CAPN3) in living muscle cells2020

    • 著者名/発表者名
      Ojima K, Hata S, Shinkai-Ouchi F, Oe M, Muroya S, Sorimachi H, Ono Y
    • 雑誌名

      Biology Open

      巻: 9

    • DOI

      10.1242/bio.048975

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Reciprocal proteolysis among calpain-1, -2, and -32023

    • 著者名/発表者名
      Koichi Ojima, Shoji Hata, Fumiko Shinkai-Ouchi, Yasuko Ono, Susumu Muroya
    • 学会等名
      Cell Bio 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 骨格筋線維の中はどうなっているのか?2023

    • 著者名/発表者名
      尾嶋孝一
    • 学会等名
      骨格筋シンポジウム「骨格筋の量と質を制御する分子機構と畜産学への応用 」 日本畜産学会第131回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 骨格筋特異的に発現するカルパイン3は組織普遍的なカルパイン1および2を基質とする2023

    • 著者名/発表者名
      尾嶋孝一, 秦勝志, 大内史子, 小野弥子, 室谷進
    • 学会等名
      日本畜産学会第131回大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 骨格筋萎縮 -タンパク質分解酵素 カルパイン の観点から-2019

    • 著者名/発表者名
      尾嶋 孝一
    • 学会等名
      日本畜産学会第126回大会 日本畜産学会若手企画委員会主催 ランチョンセミナー みんなで筋肉勉強 -筋肥大と筋萎縮-
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] FRET-based probes capture muscle-specific calpain-3 (CAPN3) activity in myotubes.2019

    • 著者名/発表者名
      K. Ojima, S. Hata, F. Shinkai-Ouchi, M. Oe, S. Muroya, H. Sorimachi, Y. Ono.
    • 学会等名
      FASEB Science Research Conference, The Biology of Calpains in Health and Disease
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2025-01-30  

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