RNA結合タンパク質Musashiが骨格筋の萎縮を防ぐ機序の解明

• 研究課題/領域番号: 20H04079
• 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: 東京都立大学
• 研究代表者: 古市 泰郎 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 助教 (40733035)
• 研究分担者: 眞鍋 康子 東京都立大学, 人間健康科学研究科, 准教授 (60467412)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円); 2023年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2022年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2021年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2020年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
• キーワード: 骨格筋 / 筋線維タイプ / 糖代謝 / RNA結合タンパク質 / 幹細胞 / 筋萎縮 / 筋再生 / 筋幹細胞 / RNA結合タンパク

研究開始時の研究の概要

骨格筋の萎縮は、運動機能を低下させて生活の質の低下を招くため、その分子生物学的な原因の解明と治療方法の開発が求められている。申請者はこれまで、筋萎縮を引き起こす新規因子を探索してきた結果、Musashi2（Msi2）を発見した。Msi2は筋の再生と肥大を担うサテライト細胞という骨格筋の幹細胞に発現し、Msi2の欠損は筋損傷後に萎縮を引き起こすことが明らかとなってきた。そこで本研究では、Msi2はサテライト細胞の運命決定因子として、筋再生を促進する役割を担うことを証明する。Msi2が筋の恒常性を保つ新規遺伝子であることが実証されると、筋萎縮の予防と治療を実現させる新たな戦略がうまれる。

研究実績の概要

骨格筋の萎縮は生活の質の低下に直結するため、その機序を解明して予防法を確立することが求められている。申請者はこれまで、筋萎縮を引き起こす新規因子を網羅的に探索した結果、神経発生やガン発生に関わるMusashi2（Msi2）が骨格筋の萎縮とともに発現低下することを見出した。Msi2は特定のmRNAに結合してその発現量を調節し、細胞が分化するか否かを決める運命決定因子として発見されたが、骨格筋での働きは不明であった。
Msi2は代謝能力と疲労耐性に優れる遅筋タイプの骨格筋でその発現量が多く、また、組織学的に筋線維タイプで発現量を比較すると速筋でありながら遅筋の性質に近いType IIa線維で発現が強かった。Msi2の働きを明らかにするため、Msi2を欠損したマウスの骨格筋を解析したところ、Msi2欠損マウスでは野生型マウスに比べてヒラメ筋で萎縮しているだけでなく、通常は赤い色が白く変色していた。Msi2欠損マウスでは耐糖能の低下と活動量の減少が観察された。さらにType IIa線維数が減少して、ミトコンドリア量の低下と筋の発揮張力の低下が認められた。一方で、Msi2遺伝子を骨格筋からクローニングし、エレクトロポレーション法によってマウス前脛骨筋にMsi2を遺伝子導入したところ、ミトコンドリアマーカーと酸素結合タンパク質であるミオグロビンタンパク質がMsi2過剰発現によって増加した。さらに、Msi2が制御する分子機序を明らかにするために、RNAシーケンスによる網羅的な遺伝子発現解析を行い、Msi2の欠損によって変化する遺伝子を同定し、続いてCLIP-PCR法によってMsi2が結合しているmRNAを発見した。
以上のように、Msi2による遺伝子発現調節は骨格筋の量と質を制御していることが明らかとなり、Msi2は骨格筋の恒常性に必須な新規因子であることが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Lack of Musashi‐2 induces type IIa fiber‐dominated muscle atrophy (2023)
  • 著者名/発表者名: Furuichi Yasuro、Furutani Ayana、Tamura Kotaro、Manabe Yasuko、Fujii Nobuharu L.
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 37 号: 9
  • DOI: 10.1096/fj.202300563r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation of mechanically patterned hydrogels for controlling the self-condensation of cells (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Takahisa, Kawano Yuma, Horikiri Momoka, Shimokawa Yuko, Yamazaki Takashi, Okuma Nao, Koike Hiroyuki, Kimura Masaki, Kawamura Ryuzo, Yoneyama Yosuke, Furuichi Yasuro, Hakuno Fumihiko, Takahashi Shin-Ichiro, Nakabayashi Seiichiro, Okamoto Satoshi, Nakauchi Hiromitsu, Taniguchi Hideki, Takebe Takanori, et al
  • 雑誌名: STAR Protocols 巻: 4 号: 3 ページ: 102471-102471
  • DOI: 10.1016/j.xpro.2023.102471
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Stable isotope-labeled carnitine reveals its rapid transport into muscle cells and acetylation during contraction (2023)
  • 著者名/発表者名: Furuichi Yasuro、Goto-Inoue Naoko、Uchida Saki、Masuda Shun、Manabe Yasuko、Fujii Nobuharu L.
  • 雑誌名: Heliyon 巻: 9 号: 4 ページ: e15281-e15281
  • DOI: 10.1016/j.heliyon.2023.e15281
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 骨格筋恒常性における Musashi の役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 古市泰郎, 古谷綾菜
  • 雑誌名: Medical Science Digest 巻: 49 ページ: 43-45
• [雑誌論文] PDGF-B secreted from skeletal muscle enhances myoblast proliferation and myotube maturation via activation of the PDGFR signaling cascade (2023)
  • 著者名/発表者名: Hamaguchi Hiroki、Dohi Kitora、Sakai Takaomi、Taoka Masato、Isobe Toshiaki、Matsui Tsubasa S.、Deguchi Shinji、Furuichi Yasuro、Fujii Nobuharu L.、Manabe Yasuko
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 639 ページ: 169-175
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.11.085
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Muscle immobilization delays abrupt change in myoglobin saturation at onset of muscle contraction (2022)
  • 著者名/発表者名: Takakura H, Yamada T, Furuichi Y, Hashimoto T, Iwase S, Jue T and Masuda K
  • 雑誌名: The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine 巻: 11 号: 2 ページ: 87-96
  • DOI: 10.7600/jpfsm.11.87
  • ISSN: 2186-8123, 2186-8131
  • 年月日: 2022-03-25
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of chronic muscle contraction on expression of contractile and metabolic proteins in mouse primary cultured myotubes (2022)
  • 著者名/発表者名: Mita Yoshitaka、Ito Miyuki、Yamada Mio、Fujii Nobuharu L.、Manabe Yasuko、Furuichi Yasuro
  • 雑誌名: The Journal of Physical Fitness and Sports Medicine 巻: 11 号: 1 ページ: 51-56
  • DOI: 10.7600/jpfsm.11.51
  • NAID: 130008141537
  • ISSN: 2186-8123, 2186-8131
  • 年月日: 2022-01-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanical guidance of self-condensation patterns of differentiating progeny (2022)
  • 著者名/発表者名: Matsuzaki Takahisa、Shimokawa Yuko、Koike Hiroyuki、Kimura Masaki、Kawano Yuma、Okuma Nao、Kawamura Ryuzo、Yoneyama Yosuke、Furuichi Yasuro、Hakuno Fumihiko、Takahashi Shin-Ichiro、Nakabayashi Seiichiro、Okamoto Satoshi、Nakauchi Hiromitsu、Taniguchi Hideki、Takebe Takanori、Yoshikawa Hiroshi Y.
  • 雑誌名: iScience 巻: 25 号: 10 ページ: 105109-105109
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.105109
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Establishment of a system evaluating the contractile force of electrically stimulated myotubes from wrinkles formed on elastic substrate (2022)
  • 著者名/発表者名: Hamaguchi Hiroki、Matsui Tsubasa S.、Deguchi Shinji、Furuichi Yasuro、Fujii Nobuharu L.、Manabe Yasuko
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 13818-13818
  • DOI: 10.1038/s41598-022-17548-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] R-spondin3 is a myokine that differentiates myoblasts to type I fibres (2022)
  • 著者名/発表者名: Mita Yoshitaka、Zhu Haonan、Furuichi Yasuro、Hamaguchi Hiroki、Manabe Yasuko、Fujii Nobuharu L.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 13020-13020
  • DOI: 10.1038/s41598-022-16640-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mass spectrometry imaging reveals local metabolic changes in skeletal muscle due to chronic training. (2022)
  • 著者名/発表者名: Goto-Inoue N, Morisasa M, Kimura K, Mori T, Furuichi Y, Manabe Y, Fujii NL.
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem. 巻: in press 号: 6 ページ: 730-738
  • DOI: 10.1093/bbb/zbac037
  • 査読あり
• [雑誌論文] Excess Glucose Impedes the Proliferation of Skeletal Muscle Satellite Cells Under Adherent Culture Conditions. (2021)
  • 著者名/発表者名: Furuichi Y, Kawabata Y, Aoki A, Mita Y, Fujii NL, Manabe.
  • 雑誌名: Front. Cell Dev. Biol. 巻: 9 ページ: 640399-640399
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.640399
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Trans-omic Analysis Reveals ROS-Dependent Pentose Phosphate Pathway Activation after High-Frequency Electrical Stimulation in C2C12 Myotubes (2020)
  • 著者名/発表者名: Hoshino Daisuke、Kawata Kentaro、Kunida Katsuyuki、Hatano Atsushi、Yugi Katsuyuki、Wada Takumi、Fujii Masashi、Sano Takanori、Ito Yuki、Furuichi Yasuro、Manabe Yasuko、Suzuki Yutaka、Fujii Nobuharu L.、Soga Tomoyoshi、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 10 ページ: 101558-101558
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101558
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Effect of treatment with conditioned media derived from C2C12 myotube on adipogenesis and lipolysis in 3T3-L1 adipocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Tamura K, Goto-Inoue N, Miyata K, Furuichi Y, Fujii NL, Manabe Y.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 15 号: 8 ページ: e0237095-e0237095
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0237095
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Musashi2の欠損はType IIa線維の減少と糖代謝量の低下を誘導する (2023)
  • 著者名/発表者名: 古谷 綾菜, 眞鍋 康子, 藤井 宣晴, 古市 泰郎
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 身体活動・運動が骨格筋量を維持する機序 ―糖代謝との関係に注目して― (2022)
  • 著者名/発表者名: 古市泰郎
  • 学会等名: 第174回日本体力医学会関東地方会
  • 招待講演
• [学会発表] 糖濃度が筋幹細胞の増殖能力に与える影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 古市泰郎, 眞鍋康子, 藤井宣晴
  • 学会等名: 第77回日本体力医学会医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 骨格筋の「質」を制御するマイオカイン (2021)
  • 著者名/発表者名: 古市泰郎, 三田佳貴, 眞鍋康子, 藤井宣晴
  • 学会等名: 第76回日本体力医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋幹細胞の増殖におけるグルコースの意義 (2021)
  • 著者名/発表者名: 古市泰郎, 川端有紀，眞鍋康子，藤井宣晴
  • 学会等名: 日本筋学会第７回学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] RNA結合タンパクMusashiが骨格筋量の維持に果たす役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 古市泰郎
  • 学会等名: 第75回日本体力医学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 高グルコースは骨格筋幹細胞の増殖を抑制する (2020)
  • 著者名/発表者名: 古市泰郎、川端有紀、青木美穂、眞鍋康子、藤井宣晴
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [備考] 【研究発表】骨格筋の量と質を制御する新たなカギ因子を発見
  • URL: https://www.tmu.ac.jp/news/topics/35952.html
• [備考] EurekAlert! 記事
  • URL: https://www.eurekalert.org/news-releases/1000614
• [備考] EurekAlert! 記事
  • URL: https://www.eurekalert.org/news-releases/987378
• [備考] 東京都立大学運動分子生物学研究室
  • URL: https://www.comp.tmu.ac.jp/muscle/index.html
• [備考] 筋肉の再生能力に関わる新たなメカニズムを発見 ―高血糖は筋幹細胞の増殖を悪化させるー
  • URL: https://www.tmu.ac.jp/news/topics/30726.html