筋収縮活動時における筋細胞内膜系の立体構造変化に対する運動トレーニングの影響

2000 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10480009
• 研究機関: 鹿屋体育大学
• 研究代表者: 竹倉 宏明 鹿屋体育大学, 体育学部, 助教授 (00206963)
• 研究分担者: 吉岡 利忠 青森県立保健大学, 副学長 (50056933)
• キーワード: 骨格筋 / 興奮収縮連関 / 筋小胞体 / T管 / 運動 / トライアド / 筋細胞内膜系

研究概要

骨格筋の興奮収縮連関の機能発現に直接関与する筋細胞内膜系(横行小(T)管系、筋小胞体:SR)及びCa^<2+>チャンネル(ryanodine receptor:RyR)を可視化して電子顕微鏡、共焦点レーザー走査蛍光顕微鏡により観察した画像から立体構造モデルを作製し、運動トレーニングの影響を検討した。トレッドミルを用いた持久的走行トレーニングは、筋細胞内膜系及びカルシウム(Ca^<2+>)チャンネルの立体構造様式の形態的特徴に影響を及ぼさなかった。その一方で、SRのCa^<2+>-ATPaseの活性が顕著に低下したことに伴い、Ca^<2+>の取り込み速度も減少した。SRには顕微鏡では捉えることができない分子構造の変化が生じている可能性が考えられる。瞬発的走行トレーニングに伴い特に速筋線維でT管及びSRの顕著な発達が観察され、筋線維体積当たりの内膜系の容量が増加した。瞬発的トレーニングに伴い骨格筋線維の収縮速度が増加する可能性が報告されているが、トレーニングに伴う筋細胞内膜系の容量増加がその一因となる可能性も考えられる。瞬発的トレーニングはT管に局在するCa^<2+>チャンネルであるdihydropyridine receptor(DHPR)のtetrad形状やRyRの形状には影響を及ぼさなかったものの、瞬発的トレーニングに伴い骨格筋細胞におけるDHPR結合量が増加した。通常、DHPRはSRに局在するRyRに対して、量比1:2でT管に局在している。運動トレーニングがCa^<2+>チャンネル数の増加をもたらすという研究結果は現在までに報告されておらず、骨格筋の機能高進(収縮速度の増加)との関係も含めて今後の研究の発展が期待される結果である。また、伸張性収縮を伴う一過性の下り走後にみられる筋細胞内膜系の崩壊や内膜複合体の新生等は、通常の持久的及び瞬発的走行トレーニングでは認められなかった。

研究成果

• [文献書誌] Protasi,F.,Takekura,H.,Wang,Y., et al.: "RyR1 and RyR3 gave different roles in the assembly of calcium release units of skeletal muscle"Biophys.J.. 79. 2494-2508 (2000)
• [文献書誌] 吉岡利忠,後藤勝正,川崎健介: "筋萎縮のメカニズム-細胞内蛋白質分解機構とその制御-"医学のあゆみ. 193. 598-603 (2000)
• [文献書誌] 川崎健介,山田隆宏,後藤(山下)勝正,吉岡利忠: "ダウンヒルランニングがラット心筋の形態的および代謝的特性に及ぼす影響"聖マリアンナ医大誌. 28. 11-20 (2000)
• [文献書誌] 竹倉宏明(分担執筆): "運動分子生物学"大日方昴(監修),山田茂,後藤勝正(編集)有限会社ナップ(発行). 305 (2000)
• [文献書誌] 中野昭一,吉岡利忠,田中越郎: "図解生理学 第2版"中野昭一(編集),医学書院(発行). 539 (2000)