骨格筋細胞の分化運命を可視化するシステムの構築

• 研究課題/領域番号: 19K11540
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 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: 武庫川女子大学
• 研究代表者: 山添 光芳 武庫川女子大学, 健康・スポーツ科学部, 教授 (00284745)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 骨格筋 / 速報 / 遅筋 / 分化運命 / ゲノム編集 / 蛍光蛋白質 / 速筋 / 骨格筋細胞

研究開始時の研究の概要

骨格筋繊維は、収縮力や収縮速度、易疲労性などの性質に基づき、速筋繊維と遅筋繊維に大きく分けることができる。そこで筋肉前駆細胞が筋繊維に分化するときに、どのような刺激が速筋繊維あるいは遅筋繊維への分化を運命付けるのか、また一旦最終分化した筋繊維が、なんらかの刺激によって両タイプ間で相互変化が起こりうるのかを明らかにしたい。そこでゲノム編集技術を用いて、それぞれのタイプに相当するミオシン重鎖遺伝子座に、異なる色の蛍光蛋白質遺伝子を挿入した遺伝子改変筋芽細胞を樹立する。この細胞に様々な刺激を与えて、分化方向の運命が決定づけられる様を生きた細胞で解析していく。

研究成果の概要

骨格筋前駆細胞が速筋または遅筋に分化する際に、どのような刺激が制御しているのか、また速筋と遅筋間の相互変化をどのように促進できるのかという疑問を解明するために、骨格筋の状態を効率的に解析できるシステムが必要だった。本研究では、ゲノム編集技術を活用し、各筋繊維のミオシン重鎖遺伝子領域に異なる色の蛍光タンパク質遺伝子を挿入することで、マルチカラーで筋繊維のタイプを可視化しようとした。しかしミオシン重鎖遺伝子がファミリーを形成していて、ターゲッティングプラスミドの作製が非常に困難だった。まずMYH7遺伝子座（遅筋タイプ）へのノックインを試みたが、現時点では遺伝子改変に成功した細胞は得られていない。

研究成果の学術的意義や社会的意義

速筋と遅筋を生細胞の状態で区別することができれば、両者の比率が変化するような刺激を探索することができる。このようにして見出した新規の物理的刺激を利用することで、新しいトレーニング方法を開発できる可能性がある。また老人や廃用性萎縮の患者では、速筋繊維と遅筋繊維の組成が偏ることが日常生活に支障をきたす一因となっている。このような場合、筋繊維タイプを変化させることができる刺激を与えることで、QOLを向上できる。さらにマウスiPS細胞にこのレポーター遺伝子系を導入することで、ジャームライントランスミッションを経て遺伝子改変マウスを作製し、個体レベルで筋繊維組成の変化について研究を進めることができる。