骨格筋におけるPGC-1αを介したカルジオリピン生合成機序の解明

• 研究課題/領域番号: 22K17831
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分59040:栄養学および健康科学関連
• 研究機関: 静岡県立大学
• 研究代表者: 佐藤 友紀 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (30908455)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円); 2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 骨格筋 / ミトコンドリア / カルジオリピン / リノール酸 / 持久運動能力 / ホスファチジルコリン / ホスファチジルエタノールアミン / 運動トレーニング / リン脂質 / PGC-1a / 運動

研究開始時の研究の概要

本研究はミトコンドリアを構成するリン脂質であるカルジオリピン(CL)の生合成機序を明らかにする課題である。持久運動トレーニングの継続は筋持久力を向上させ、ミトコンドリア生合成の活性化は筋持久力向上に寄与する変化の1つである。PGC-1αは運動効果獲得において重要な役割を果たす転写共役因子であり、ミトコンドリア生合成促進にも関与している。ミトコンドリア生合成活性化時にはその構成成分であるCLの生合成も活性化すると考えられるがその機序は明らかになっていない。そこで本研究ではCL生合成においてPGC-1αが重要な因子であるのか、加えてCL生合成の分子メカニズム解明に取り組む。

研究成果の概要

PGC-1a遺伝子組換えマウス(TgおよびKO)におけるcariolipin (CL)およびphosphatidylcholine (PC)、phosphatidylethanolamine (PE)分子の変化を調べた。その結果、PGC-1a Tgマウスの骨格筋において、CL(18:2)4の増加(18:2/18:1)比の増加が確認された。一方で、PGC-1a KOによるCLおよびPC、PE分子影響は認められなかった。また、体外より摂取するリノール酸が、CL分子の産生に及ぼす影響についても検討した。高リノール酸食の摂取により、骨格筋でCL(72:8)分子量が増加することが判明した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

持久運動トレーニングを継続することでミトコンドリア量・機能が向上することは知られていたが、その際のミトコンドリアを構成する脂質分子の変化や生合成機序は不明であった。また、哺乳類は生合成できる脂肪酸に限度があり、必須脂肪酸を外部より摂取する必要がある。必須脂肪酸のうち、リノール酸は骨格筋ミトコンドリアのカルジオリピン分子産生に必須であるため、摂取量の違いがミトコンドリアにどのような影響を及ぼすかを把握することは重要である。本研究成果は持久運動トレーニングによるミトコンドリア機能向上をリノール酸摂取がさらに増強することを示し、骨格筋機能維持を目標とした運動×食事介入法の構築に結び付くと期待される。

研究成果

• [雑誌論文] LPGAT1/LPLAT7 regulates acyl chain profiles at the sn-1 position of phospholipids in murine skeletal muscles (2023)
  • 著者名/発表者名: Sato Tomoki、Umebayashi Shuhei、Senoo Nanami、Akahori Takumi、Ichida Hiyori、Miyoshi Noriyuki、Yoshida Takuya、Sugiura Yuki、Goto-Inoue Naoko、Kawana Hiroki、Shindou Hideo、Baba Takashi、Maemoto Yuki、Kamei Yasutomi、Shimizu Takao、Aoki Junken、Miura Shinji
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 号: 7 ページ: 104848-104848
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104848
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] LPLAT7 regulates acyl chain profiles at sn-1 position of phospholipids in murine skeletal muscle (2024)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Sato, Shuhei Umebayashi, Nanami Senoo, Takumi Akahori, Hiyori Ichida, Noriyuki Miyoshi, Takuya Yoshida, Yuki Sugiura, Naoko Goto-Inoue, Hiroki Kawana, Hideo Shindou, Takashi Baba, Yuki Maemoto, Yasutomi Kamei, Takao Shimizu, Junken Aoki, Shinji Miura
  • 学会等名: DiscoverBMB2024
  • 国際学会
• [学会発表] アシル基転移酵素LPGAT1/LPLAT7の過剰発現が筋性状・筋機能に及ぼす影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 曾我 茜, 市田 日和, 三好 規之, 川名 裕己, 青木 淳賢, 佐藤 友紀, 三浦 進司
  • 学会等名: 第96回 日本生化学会大会
• [学会発表] 骨格筋におけるLPGAT1/LPLAT7の過剰発現がリン脂質のアシル基プロファイルと骨格筋機能に及ぼす影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 曾我 茜, 市田 日和, 三好 規之, 佐藤 友紀, 三浦 進司
  • 学会等名: 第65回日本脂質生化学会
• [学会発表] LPGAT1/LPLAT7による骨格筋中リン脂質のアシル基リモデリング機構の解明とLPGAT1/LPLAT7欠損が骨格筋機能に及ぼす影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 滝田 紗恵, 梅林 脩平, 佐藤 友紀, 妹尾 奈波, 赤堀 拓, 三好 規之, 杉浦 悠毅, 井上 菜穂子, 川名 裕己, 幡野 敦, 松本 雅記, 進藤 英雄, 亀井 康富, 清水 孝雄, 青木 淳賢, 三浦 進司
  • 学会等名: 第65回日本脂質生化学会
• [学会発表] 骨格筋のリン脂質プロファイルに対する性差の影響 (2023)
  • 著者名/発表者名: 内藤 祐実, 佐藤 友紀, 三好 規之, 亀井 康富, 三浦 進司
  • 学会等名: 第77回日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] LPGAT1/LPLAT7 regulates acyl chain profiles at sn-1 position of phospholipids in murine skeletal muscle (2023)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Sato, Shuhei Umebayashi, Nanami Senoo, Takumi Akahori, Hiyori Ichida, Noriyuki Miyoshi, Takuya Yoshida, Akihito Morita, Yuki Sugiura, Naoko Goto-Inoue, Hiroki Kawana, Hideo Shindou, Takashi Baba, Yuki Maemoto, Yasutomi Kamei, Atsushi Hatano, Masaki Matsumoto, Takao Shimizu, Junken Aoki, Shinji Miura
  • 学会等名: 11th International Singapore Lipid Symposium
• [学会発表] Synergistic effect of exercise training and linoleic acid supplementation on tetra-linoleoylcardiolipin biogenesis in skeletal muscles (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoki Sato, Nao Kuwabara, Chiho Magome, Nanami Senoo, Yuki Tamura, Yasutomi Kamei, Hideo Shindou, Shimizu Takao, Shinji Miura
  • 学会等名: 22nd IUNS-ICN International Congress of Nutrition
  • 国際学会
• [学会発表] リノール酸摂取および持久運動トレーニングが骨格筋カルジオリピンとミトコンドリア機能向上に及ぼす影響の解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友紀、桑原菜緒、馬込千帆、三浦菜穂、妹尾奈波、田村優樹、亀井康富、 進藤英雄、清水孝雄、三浦進司
  • 学会等名: 第64回 日本脂質生化学会
• [学会発表] リノール酸摂取が運動トレーニングによるミトコンドリア機能向上を増強する (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友紀、桑原菜緒、馬込千帆、三浦菜穂、妹尾奈波、田村優樹、亀井康富、 進藤英雄、清水孝雄、三浦進司
  • 学会等名: 第76回 日本栄養・食糧学会大会
• [学会発表] 摂取する脂肪酸種の違いが運動トレーニングに伴うカルジオリピン生合成に及ぼす影響 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐藤友紀、桑原菜緒、馬込千帆、妹尾奈波、田村優樹、亀井康富、 進藤英雄、清水孝雄、三浦進司
  • 学会等名: 第86回 日本生化学会大会 中部支部例会