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ビタミンDが骨格筋量を調節する分子基盤の解明:新規トレーサー法を活用して

研究課題

研究課題/領域番号 21KK0177
研究種目

国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

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
研究機関立命館大学

研究代表者

藤田 聡  立命館大学, スポーツ健康科学部, 教授 (80451863)

研究分担者 増山 律子  立命館大学, 食マネジメント学部, 教授 (60297596)
竹垣 淳也  神戸大学, 農学研究科, 助教 (10824055)
中野 大輝  立命館大学, スポーツ健康科学部, 授業担当講師 (80875980)
研究期間 (年度) 2021-10-07 – 2026-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円)
2025年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2024年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2021年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
キーワードビタミンD / タンパク質代謝 / 筋肥大 / サルコペニア / レジスタンス運動 / 骨格筋 / 安定同位体トレーサー / 筋萎縮 / 安定同位体トレーサー法 / 筋たんぱく質代謝
研究開始時の研究の概要

ビタミンDが筋タンパク質の合成や分解を調節することが骨格筋細胞を用いた研究で明らかとなっている。しかし、動物モデルや臨床試験においては、筋タンパク質の合成や分解の速度を同時に定量化することができなかった。この研究手技的な制限を取り払い、骨格筋量制御のメカニズム解明のためのブレイクスルーを得るため、英国・ノッティンガム大学と共同し、安定同位体トレーサー法を用いて筋タンパク質合成と分解を同時に測定する手段を開発する(研究課題①)。さらに、この新規の測定法を応用し、異なる実験モデル動物や介入モデルを用いて筋タンパク質代謝バランスの推移およびそのメカニズムを解明する(研究課題②)。

研究実績の概要

2023年度は、筋特異的ビタミンD受容体(VDR)欠損マウスを使用してレジスタンス運動による筋タンパク質合成の影響を調査した。ビタミンDとその受容体(VDR)は骨格筋のタンパク質合成において重要な役割を果たしており、VDRの欠損がこのプロセスにどのように影響するかを解明することを研究の目的とした。
実験では、表面電極による電気刺激を用いてマウスの筋収縮を引き起こし、筋タンパク質の合成動態を評価した。筋タンパク質合成の評価には、重水素結合アラニンを用いたトレーサー法を用いた。重水を動物に投与し、筋タンパク質内に取り込まれる重水素を含むアラニンの割合を評価した。重水は運動実施直前に経口摂取させ、その後、特定の時間点で筋組織を採取して重水素結合アラニンのエンリッチメントを質量分析計で分析することで、筋タンパク質の合成速度を計測する手法を用いた。
重水素マーカーは、筋タンパク質の合成速度を直接的に反映するため、VDRの遺伝的変異が筋肉の代謝に与える影響を詳細に評価するのに非常に有効である。特に、筋特異的VDR欠損が筋タンパク質合成の調節にどのような影響を与えるかを明らかにすることで、ビタミンDの筋肉に対する治療的利用の可能性を探るための貴重なデータが得られることが期待される。
さらに、上記の実験と併行して、新規トレーサーである[メチルD3]-13C-メチオニンを用いて、骨格筋たんぱく質合成と分解速度の評価を同時に行う手法の開発を検討しており、予備実験で回収した組織サンプルを質量分析計で評価している。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

新規トレーサーである[メチルD3]-13C-メチオニンを用いて、骨格筋タンパク質合成と分解速度の評価を同時に行う手法の開発については、質量分析計での評価に時間を要している。しかし、筋特異的VDR欠損マウスを用いた実験は既に完了しており、組織の解析もほぼ終了したため、ほぼ計画どおりに研究が進んでいると判断できる。

今後の研究の推進方策

2024年度は、前年度に引き続き、筋特異的VDR欠損マウスを使用してレジスタンス運動による筋タンパク質合成の影響を調査する。特にGC-MS/MSおよびLCMS/MSなど質量分析計を用いた分析の調整を行い、タンパク質合成と分解の方法論の確立と併行して、介入実験のデータを分析する。

報告書

(3件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2024 2023 2022 2021 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 3件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 4件)

  • [国際共同研究] ノッティンガム大学(英国)

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [国際共同研究] ノッティンガム大学(英国)

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [国際共同研究] University of Nottingham(英国)

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Intramuscular injection of mesenchymal stem cells augments basal muscle protein synthesis after bouts of resistance exercise in male mice2024

    • 著者名/発表者名
      Takegaki Junya、Sase Kohei、Kono Yusuke、Fujita Takuya、Konishi Satoshi、Fujita Satoshi
    • 雑誌名

      Physiological Reports

      巻: 12 号: 7

    • DOI

      10.14814/phy2.15991

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Cooling‐promoted myogenic differentiation of murine bone marrow mesenchymal stem cells through <scp>TRPM8</scp> activation in?vitro2023

    • 著者名/発表者名
      Takagi Ryo、Takegaki Junya、Osana Shion、Kano Yutaka、Konishi Satoshi、Fujita Satoshi
    • 雑誌名

      Physiological Reports

      巻: 11 号: 23

    • DOI

      10.14814/phy2.15855

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Resistance training rejuvenates aging skin by reducing circulating inflammatory factors and enhancing dermal extracellular matrices2023

    • 著者名/発表者名
      Nishikori Shu、Yasuda Jun、Murata Kao、Takegaki Junya、Harada Yasuko、Shirai Yuki、Fujita Satoshi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 号: 1 ページ: 10214-10214

    • DOI

      10.1038/s41598-023-37207-9

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Co-ingestion of cluster dextrin carbohydrate does not increase exogenous protein-derived amino acid release or myofibrillar protein synthesis following a whole-body resistance exercise in moderately trained younger males: a double-blinded randomized controlled crossover trial2022

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Yusuke、Jensen Mikkel、B?low Jacob、Thomsen Thomas Tagmose、Arimitsu Takuma、van Hall Gerrit、Fujita Satoshi、Holm Lars
    • 雑誌名

      European Journal of Nutrition

      巻: 61 号: 5 ページ: 2475-2491

    • DOI

      10.1007/s00394-021-02782-y

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Vitamin D/Vitamin D receptor (VDR) axis in muscle atrophy and sarcopenia2022

    • 著者名/発表者名
      Bollen Shelby E.、Bass Joseph J.、Fujita Satoshi、Wilkinson Daniel、Hewison Martin、Atherton Philip J.
    • 雑誌名

      Cellular Signalling

      巻: 96 ページ: 110355-110355

    • DOI

      10.1016/j.cellsig.2022.110355

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Association of serum brain-derived neurotrophic factor with hepatic enzymes, AST/ALT ratio, and FIB-4 index in middle-aged and older women2022

    • 著者名/発表者名
      Yokokawa Takumi、Sasaki Shohei、Sase Kohei、Yoshii Naomi、Yasuda Jun、Hayashi Tatsuya、Fujita Satoshi
    • 雑誌名

      PLOS ONE

      巻: 17 号: 8 ページ: e0273056-e0273056

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0273056

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Relationship between protein intake and resistance training?induced muscle hypertrophy in middle-aged women: A pilot study2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Jun、Murata Kao、Hasegawa Tsubasa、Yamamura Mana、Maeo Sumiaki、Takegaki Junya、Tottori Nobuaki、Yokokawa Takumi、Mori Risako、Arimitsu Takuma、Nishikori Shu、Fujita Satoshi
    • 雑誌名

      Nutrition

      巻: 97 ページ: 111607-111607

    • DOI

      10.1016/j.nut.2022.111607

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] The effects of β-GPA on resistance training adaptations in rat skeletal muscle2023

    • 著者名/発表者名
      Naoki Fukao, Junya Takegaki, Ryo Takagi, Koki Okumura, Satoshi Fujita
    • 学会等名
      Physilogy 2023
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 冷却誘発性TRPM8活性化を介した培養間葉系幹細胞の骨格筋分化促進2023

    • 著者名/発表者名
      髙木領、藤田聡
    • 学会等名
      第28回日本基礎理学療法学会学術大会
    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
  • [学会発表] Intramuscular injection of mesenchymal stem cells not only accelerates muscle protein anabolic response but also activates catabolic systems after acute bouts of resistance exercise in mice2022

    • 著者名/発表者名
      Junya Takegaki, Yusuke Kono, Takuya Fujita, Satoshi Konishi, Satoshi Fujita
    • 学会等名
      27th Conference on Eeuropean College of Sports Science
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Changes in sarcolipin expression during the early phase of resistance training in rat skeletal muscle2022

    • 著者名/発表者名
      Koki Okumura, Junya Takegaki, Kohei Sase, Naoki Fukao, Satoshi Fujita
    • 学会等名
      27th Conference on Eeuropean College of Sports Science
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] The impact of online-based group resistance training on physical health and executive function in older individuals during COVID-19 pandemic2022

    • 著者名/発表者名
      Nobuaki Tottori, Daiki Nakano, Tsubasa Hasegawa, Satoshi Fujita
    • 学会等名
      27th Conference on Eeuropean College of Sports Science
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 小学生における最大等尺性膝関節トルクと実行機能の関連2021

    • 著者名/発表者名
      長谷川翔, 鳥取伸彬, 中野大輝, 松元奈津紀, 積山大輝, 藤田聡
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] レジスタンス運動実施に伴う骨格筋内のサルコリピン発現量の変化2021

    • 著者名/発表者名
      奥村公基, 竹垣淳也, 佐瀬晃平, 深尾直生, 藤田聡
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] レジスタンス運動の繰り返しに伴うFAKおよびLAT1の応答変化2021

    • 著者名/発表者名
      深尾直生, 竹垣淳也, 佐瀬晃平, 奥村公基, 藤田聡
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 遠隔指導による高強度間欠的運動が児童の体力に及ぼす影響2021

    • 著者名/発表者名
      積山大輝,鳥取伸彬,中野大輝,長谷川翔,松元奈津紀,深尾直生,藤田聡
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 間葉系幹細胞の筋肉内注射はレジスタンス運動後のタンパク質合成作用を促進させる2021

    • 著者名/発表者名
      竹垣 淳也,河野 裕允,藤田 卓也,小西 聡,藤田 聡
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 間葉系幹細胞の静脈投与が協働筋切除による筋肥大に与える影響2021

    • 著者名/発表者名
      中野 大輝,竹垣 淳也,河野 裕允,藤田 卓也,小西 聡,藤田 聡
    • 学会等名
      第76回日本体力医学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Intramuscular injection of mesenchymal stem cells activates not only muscle protein anabolic but also catabolic system after three successive bouts of resistance exercise in mouse.2021

    • 著者名/発表者名
      Junya Takegaki, Kohei Sase, Yusuke Kono, Takuya Fujita, Satoshi Konishi, Satoshi Fujita
    • 学会等名
      26th Conference on European College of Sport Science
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-10-22   更新日: 2024-12-25  

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