適応性心リモデリングとその破綻による不整脈発生機転の統合的解明

2011 年度 実績報告書

• 研究領域: 統合的多階層生体機能学領域の確立とその応用
• 研究課題/領域番号: 22136008
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 井上 隆司 福岡大学, 医学部, 教授 (30232573)
• 研究分担者: 入部 玄太郎 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (90284885) ; 仲矢 道雄 九州大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (80464387)
• キーワード: 不整脈 / ストレス / 心リモデリング / イオンチャネル / TRP蛋白質 / Caハンドリング異常 / 神経体液性因子 / 圧負荷

研究概要

心臓のリモデリング時の不整脈基質形成機序を解明するため、昨年度に引き続いてCa^<2+>濃度上昇で直接活性化される陽イオンチャネルTRPM4の活性化機序や発現変化に関する検討を行った。(1)細胞内成分をできるだけ保存した生理的状態に近い条件下で、TRPMチャネルのCa^<2+>感受性の再評価を行った。膜小孔形成作用のあるβ-escinやCa^<2+>透過小孔を形成するionomycin処置によって細胞内遊離Ca^<2+>濃度を変化させて得たTRPM4チャネル活性のCa^<2+>濃度依存性曲線から、このチャネルの十分な活性化がマイクロモル濃度以下の範囲(Kd値:数百nM)で起こることが明らかとなった。(2)電位依存性CaチャネルをTRPM4チャネルと共発現し、前者を介したCa^<2+>流入と後者の活性化の定量的な関係を調べた。その結果、心房筋の活動電位持続時間に当たる100ms程度のCa^<2+>流入単独によって最大値の50%程度のTRPM4チャネルの活性化が起こること、更に、これより短いCa^<2+>流入であっても連続誘発することで、TRPM4チャネルの活性化が長時間遷延することが明らかとなった。(4)心房筋の不死化細胞株HL-1を液性心肥大因子アンギオテンシンIIで数日間前処置するとTRPM4チャネル蛋白質の発現が数倍に増加し、これに伴う不規則な自発的活動電位の出現と静止膜電位の脱分極が観察された。これらの変化は、TRPM4の選択的阻害薬9-phenathrolzeの投与でほぼ完全に消失した。以上の結果から、リモデリング心におけるCaハンドリングの異常とTRPM4発現の増加が、相乗的に膜の異常興奮を誘発している可能性が強く示唆された。今後は、上記のアプローチを用いて生理的条件下におけるTRPM4チャネルのキネティックスの詳細な測定・解析を行い、数理モデル(全細胞活動電位モデル)に組み込むのに必要なパラメーターを確定し、リモデリング時の催不整脈性への寄与の度合いをシミュレーションによって定量的に検討する予定である。

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

心リモデリング時に高頻度でみられるCa^<2+>依存性不整脈の発生機序に関して、これまで実験上の困難から著しく過小評価されていたTRPM4チャネルの活性化が、心筋細胞の生理的Ca^<2+>変動範囲内で起こることを明らかにし、不整脈誘発の主要因となりうることを示すことができた。また、心房筋細胞のモデル細胞株HL-1を用い、心肥大促進因子アンギオテンシンIIによって、TRPM4の異常活性化を介した膜の不規則な異常興奮が起こることを明らかにした。更にこれらの実験と並行して、不整脈基質形成におけるTRPチャネルの役割に関する独自の見解を発表することができた(著書2)。

今後の研究の推進方策

TRPM4チャネルのCa^<2+>活性化キネティクスを詳細に検討し、全細胞活動電位数理モデルに組み込む作業を進める。更に、数理モデルに基づいたシミュレーションで予測される結果の妥当性を検証するため、長期ストレス負荷による心肥大・心不全のモデル動物作成を進め、細胞系の実験から示唆されたTRPM4の過剰活性化と催不整脈性の相関について、細胞レベル、個体レベルで検討する必要がある。

研究成果

• [雑誌論文] A Self-limiting Regulation of TRPC3/C6/C7 Channels Coupled with PI(4,5)P_2-Diacylglycerol Signaling (2012)
  • 著者名/発表者名: Yuko Imai, Kyohei Itsuki, Yasushi Okamura, Ryuji Inoue, Masayuki X.Mori
  • 雑誌名: Journal of Physiology, London 巻: 590 ページ: 1101-1119
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2011.221358
  • 査読あり
• [雑誌論文] Critical Role of TRPC1-mediated Ca^<2+> entry in Decidualization of Human Endometrial Stromal Cells (2012)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Kawarabayashi, Lin Hai, Akira Honda, Shinji Horiuchi, Hiroshi Tsujioka, Ryuji Inoure
  • 雑誌名: Molecular Endocrinology 巻: 26(5) ページ: 846-858
  • DOI: 10.1210/me2011-1259
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dual signaling pathways of arterial constriction by extracellular UTP in the rat (2011)
  • 著者名/発表者名: Megumi Sugihara, Hiromitsu Morita, Miho Matsuda, Hisanori Umebayashi, Shunichi Kajioka, Shinichi Ito, Motohiro Nishida, Ryosuke Inoue, Toshiko Futatsuki, Jun Yamazaki, Yasuo Mori, Ryuji Inoue, Yushi Ito, Kihachiro Abe, Masato Hirata
  • 雑誌名: J Pharmacol.Sci. 巻: 115(3) ページ: 293-308
  • DOI: 10.1254/jphs.10281FP
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cilostazol Suppresses Angiotensin II-Induced Vasoconstriction via Protein Kinase A-Mediated Phosphorylation of the Transient Receptor Potential Canonical 6 Channel (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishioka K, Nishida M, Ariyoshi M, Jian Z, Saiki S, Hirano M, Nakaya M, Sato Y, Kita S, Iwatnoto T, Hirano K, Inoue R, Kurose H
  • 雑誌名: Arterioscler Thromb Vase Biol. 巻: 31 ページ: 2278-2286
  • DOI: 10.1161/ATVBAHA.110.221010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative measurement of intracellular Ca^<2+> and calmodulin binding to target molecules using Fura-2 and CFP/YFP based FRET imaging in living cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Masayuki X.Mori, Yuko Imai, Kyohei Itsuki, Ryuji Inoue
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50(21) ページ: 4685-4696
  • DOI: 10.1021/bi200287x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Counteracting effect of TRPC1-associated Ca^<2+> influx on TNFα-induced COX-2-dependent prostaglandin E_2 production in human colonic myofibroblasts (2011)
  • 著者名/発表者名: Lin Hai, Yasuhiro Kawarabayashi, Yuko Imai, Akira Honda, Ryuji Inoue
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Gastrointestinal and Liver Physiology 巻: 301(2) ページ: G356-G367
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00354.2010
  • 査読あり
• [雑誌論文] BK_<Ca> and K_V channels limit conducted vasomotor responses in rat mesenteric terminal arterioles (2011)
  • 著者名/発表者名: Bjorn Olav Hald, Jens Christian Brings Jacobsen, Thomas Hartig Braunstein, Ryuji Inoue, Yushi Ito, Preben Graae Sorensen, Niels-Henrik Holstein-Rathloul, Lars Jorn Jensen
  • 雑誌名: Pflugers Archiv Eur J Physiol. 巻: 463(2) ページ: 279-295
  • DOI: 10.1007/s00424-011-1049-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of sarcolemmal BK_<Ca> channels in stretch-induced extrasystoles in isolated chick hearts (2011)
  • 著者名/発表者名: Iribe G, Jin H, Naruse K
  • 雑誌名: Circulation journal 巻: 75 ページ: 2552-2558
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-11-0486
  • 査読あり
• [雑誌論文] TRPC3-mediated Ca^<2+> influx contributes to Rac1-mediated production of reactive oxygen species in MLP-deficient mouse hearts (2011)
  • 著者名/発表者名: Kitajima N, Watanabe K, Morimoto S, Sato Y, Kiyonaka S, Hoshijima M, Ikeda Y, Nakaya M, Ide T, Mori Y, Kurose H, Nishida M
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 巻: 409 ページ: 108-113
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.04.124
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heterologous down-regulation of angiotensin type 1 receptors by purinergic P2Y2 receptor stimulation through S-nitrosylation of NF-kappaB (2011)
  • 著者名/発表者名: Nishida M, Ogushi M, Suda R, Toyotaka M, Saiki S, Kitajima N, Nakaya M, Kim KM, Ide T, Sato Y, Inoue K, Kurose H
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 巻: 108 ページ: 6662-6667
  • DOI: 10.1073/pnas.1017640108
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determining the activation of rho as an index of receptor coupling to G_<12/13> proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: Nakaya M, Ohba M, Nishida M, Kurose H
  • 雑誌名: Methods.Mol.Biol. 巻: 746 ページ: 317-327
  • DOI: 10.1007/978-1-61779-126-0_17
  • 査読あり
• [学会発表] A self-limiting regulation of TRPC3/C6/C7 channels linked with PIP2-PLC-DAG signaling (2012)
  • 著者名/発表者名: Mori M, Imai Y, Itsuki K, Okamiura Y, Inoue R
  • 学会等名: 公募シンポジウム47,第89回日本生理学会大会
  • 発表場所: 松本
  • 年月日: 2012-03-31
• [学会発表] Arrhythmogenic potential of TRPM4 channel investigated in expression and an atrial myocytes line (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Inoue, Yubin Duan, Hu Yaopeng
  • 学会等名: 公募シンポジウム21,第89回日本生理学会大会
  • 発表場所: 松本
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] 受容体シグナリングにおけるイメージング技術の応用 (2012)
  • 著者名/発表者名: 仲矢道雄
  • 学会等名: 日本薬学会第132年会シンポジウム
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-03-30
• [学会発表] Gタンパク質共役型受容体キナーゼ/βアレスチンを介した新規機能 (2012)
  • 著者名/発表者名: 仲矢道雄
  • 学会等名: 第85回日本薬理学会シンポジウム
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] Counteracting effect of TRPC1 mediated store-operated Ca^<2+> influx on TNFα-induced COX-2-dependent prostaglandin E_2 production in human colonic myofibroblasts (2012)
  • 著者名/発表者名: Lin-Hai Kurahara, Yasuhiro Kawarabayashi, Akira Honda, Ryuji Inoue
  • 学会等名: The 10^<th> Korea-Japan Joint Symposium
  • 発表場所: Daegyu, Korea
  • 年月日: 2012-02-18
• [学会発表] 膜脂質とリン酸化によるTRPCチャネルを介したCa情報伝達制御機構 (2012)
  • 著者名/発表者名: 井上隆司
  • 学会等名: 蔵王カンファレンス
  • 発表場所: 山形(招待講演)
  • 年月日: 2012-01-27
• [学会発表] Possible contribution of TRPM4 channel to cardiac arrhythmogenicity evaluated in heterologously expressing cells and cultured atrial myocytes (2012)
  • 著者名/発表者名: Yubin Duan, Yaopeng Hu, Ryuji Inoue
  • 学会等名: The 1st HD Physiology International Symposium : Integrative Multi-level Systems Biology for In Silico Cardiology and Pharmacokinetics
  • 発表場所: Tokyo
  • 年月日: 2012-01-21
• [学会発表] 心血管病態におけるTRPチャネルの役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上隆司
  • 学会等名: 横浜市立大学医学部セミナー
  • 発表場所: 横浜(招待講演)
  • 年月日: 2011-12-22
• [学会発表] TRPC3/C6/C7チャネルにおけるPIP2に対するサブタイプ特異的感受性と不活性化相関 (2011)
  • 著者名/発表者名: 斎郷平、今井裕子、岡村康司、井上隆司、森誠之
  • 学会等名: 生理研研究会「心血管イオンチャネル・トランスポーター研究の新展開」
  • 発表場所: 岡崎
  • 年月日: 2011-11-30
• [学会発表] Correlation between Ca^<2+> influx channels expression and cell cycle stages in bone marrow stromal cells (2011)
  • 著者名/発表者名: Ichikawa, J, Inoue, R
  • 学会等名: BIT's 4th Annual World Congress of Regenerative Medicine & Stem Cell-2011
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2011-11-12
• [学会発表] Mechanosensitive TRP channels in cardiovascular function and disease (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Inoue, Yaopeng Hu, Yubin Duan, Yuko Imai, Kyohei Itsuki
  • 学会等名: International Symposium on Mechanobiology (5th Shanghai International Conference on Biophysics and Molecular biology)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] Effects of axial stretch on calcium handling in sarcoplasmic reticulum and mitochondria in cardiac myocytes (2011)
  • 著者名/発表者名: Gentaro Iribe, Keiji Naruse
  • 学会等名: International Symposium on Mechanobiology (5th Shanghai International Conference on Biophysics and Molecular biology)
  • 発表場所: Shanghai, China
  • 年月日: 2011-11-05
• [学会発表] 心血管系における受容体・機械刺激活性化Ca_<2+>流入の分子病態生理学的意義 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井上隆司
  • 学会等名: 第28回日本医学会総会5-S-6シンポジウム
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-04-09
• [図書] The pathophysiological implications of TRP channels in cardiac arrhythmia. In : Cardiac Arrhythmias-New Considerations-. ISBN 978-953-51-0126-0(ed.Francisco R.Breijo-Marquez) (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Inoue, Yubin Duan, Yaopeng Hu, Jun Ichikawa
  • 総ページ数: 73-96
  • 出版者: InTech Review-Open Access Publisher, http://www.intechopen.com
• [図書] Lipid-mediated mechanisms involved in the mechanical activation of TRPC6 and TRPV4 channels in the vascular tone regulation.In : "Mechanosen sitivity in Cells and Tissues. Volume, No 6. -Mechanically Gated Channels and their regulation-"(eds.A.Kamkin & Kiseleva) (2012)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Inoue, Yaopeng Hu, Yubin Duan, Kyohei Itsuki
  • 出版者: Springer Verlag, Germany(in press)
• [図書] TRP channels and blood pressure regulation. In : TRP channel in health and disease : Implications for Diagnosis and Therapy(ed. : A.Szallasi) (2011)
  • 著者名/発表者名: Ryuji Inoue, Juan Shi
  • 総ページ数: 171-196
  • 出版者: Nova Science Publishers, UK
• [図書] Non-sarcolemmal stretch-activated channels. In Cardiac mechano-electric coupling and arrhythmias(Kohl P, Sachs F, Franz M, eds.) (2011)
  • 著者名/発表者名: Iribe G, Kohl P
  • 総ページ数: 7
  • 出版者: Oxford : Oxford University Press
• [備考]
  • URL: http://www.med.fukuoka-u.ac.jp/physiol/index-j.htm
• [備考]
  • URL: http://www.okayama-u.ac.jp/user/med/phy2/index.htm
• [備考]
  • URL: http://chudoku.phar.kyushu-u.ac.jp/