ストア作動性カルシウム流入から解き明かす運動による健康効果の分子機構

研究課題

研究課題/領域番号	23K05089
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38050:食品科学関連
研究機関	東京大学
研究代表者	佐々木崇東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任講師 (90771676)
研究期間 (年度)	2023-04-01 – 2026-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円) 2025年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2024年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円) 2023年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワード	骨格筋 / カルシウムイオン / 筋萎縮 / SOCE
研究開始時の研究の概要	筋収縮時、筋細胞にはストア作動性カルシウム流入（store-operated Ca2+ entry; SOCE）と呼ばれる機構により細胞外から少量のCa2+が流入するが、その生理的意義は不明である。我々は既に筋細胞においてSOCE依存的に発現変動する遺伝子を複数見出すことに成功しており、本研究ではそれらの機能や発現制御機構を明らかにすることで、SOCEの役割を分子レベルで明らかにすることを目指す。本研究の成果は、運動による健康効果のメカニズム解明や、摂取するだけで運動による健康効果を模倣する機能性食品、すなわち「運動機能性食品」の開発に貢献すると期待される。
研究実績の概要	本研究では、ストア作動性カルシウム流入（store-operated Ca2+ entry; SOCE）と呼ばれる機構による筋細胞外から筋細胞内へのカルシウムイオン流入が筋機能に及ぼす影響について解析を進めている。本研究の開始時点で、ある種の脱ユビキチン化酵素を含む複数の遺伝子がSOCE依存的に発現増大することを明らかにしており、これらのSOCE応答性遺伝子がSOCEによる筋機能制御を仲介すると予想していたが、その発現制御メカニズムは不明であった。そこで本年度は、SOCE応答性遺伝子の発現制御に関与し得る転写因子を選抜するため、SOCEにより活性化する転写因子の同定を試みた。培養細胞を用いた一連の実験の結果、転写因子NFATがSOCEにより核内移行し、この応答はSOCEを阻害した場合にはキャンセルされることが示された。以上の結果は、SOCE応答性遺伝子の発現増大に転写因子NFATが関与する可能性を示唆しており、現在これを検証するためのさらなる実験を計画している。上記の実験と並行し、骨格筋細胞におけるSOCE応答性遺伝子の機能解析を進めている。培養骨格筋細胞C2C12に対しアデノウイルスを用いてSOCE応答性遺伝子の一種を過剰発現したところ、48時間以内に筋管細胞が細くなる様子が観察された。SOCEは主に筋収縮後の骨格筋で誘導される機構であることから、SOCE応答性遺伝子は筋肉を太くする方向に働くと推測していたため、これは予想外の結果であった。SOCE応答性遺伝子が筋細胞に及ぼす影響については今後より詳細に検討を進め、これらの生理的役割の解明に向けて迅速に研究を展開したい。
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本年度は、SOCE応答性遺伝子の発現増大メカニズムの解析と骨格筋におけるこれら遺伝子の機能解析を中心に研究を進め、いずれの研究においても一定程度の成果を得ることができた。研究の進捗状況としては期待通りであり、かつ今後の研究につながる興味深いデータが得られつつあることから、本研究はおおむね順調に進展していると評価した。
今後の研究の推進方策	本研究では、転写因子NFATがSOCE応答性遺伝子の発現増大に寄与する可能性を示すことに成功した。NFATには複数のアイソフォームが存在することから、NFATがSOCE応答性遺伝子の発現制御にかかわることが証明された場合、どのアイソフォームが中心的な役割を果たすのかを明らかにする必要がある。そのためには、各アイソフォーム特異的なノックダウン実験などが必要になると予想される。一方で、骨格筋におけるSOCE応答性遺伝子の機能については予想外の結果が得られており、速やかにその詳細を明らかにする必要がある。培養骨格筋細胞に対する当該遺伝子の過剰発現、あるいはノックダウン実験を継続するとともに、SOCE応答性遺伝子と相互作用するタンパク質を網羅的に探索することなどにより、SOCEの機能解明を目指す。