無重力により変動する筋肉遺伝子群をターゲットとした新しい筋肉保護食品(剤)の開発

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13660126
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 岸 恭一 徳島大学, 医学部, 教授 (80035435)
• 研究分担者: 六反 一仁 徳島大学, 医学部, 助教授 (10230898) ; 二川 健 徳島大学, 医学部, 助手 (20263824)
• キーワード: 無重力 / DNAマイクロアレイ解析 / システイン / ビタミンE / ユビキチン

研究概要

申請者らは、日本宇宙開発事業団や順天堂大学医学部生化学教室と共同で、DNAマイクロアレイ技術を用いて、宇宙フライトによりラット腓腹筋内で発現の変化する遺伝子群をとらえることに成功した(現在、論文を投稿中であり、採用されしだいインターネット上に公開する予定である)。無重力による筋萎縮は、筋細胞がその遺伝子発現を介して無重力という環境ストレスに適応した結果生じたものである。それゆえ、どのような遺伝子の発現が筋肉内で変化するのかを知ることは無重力による筋萎縮のメカニズムを解明する上で非常に重要である。具体的には、無重力による筋萎縮において重要な働きをしているユビキチン化システムの酵素や骨萎縮と関連する蛋白質、脂肪細胞などのエネルギー消費を調節する蛋白質のmRNA量が著明に上昇していた。一方、筋細胞の分化誘導因子や金属プロテアーゼ阻害蛋白質の発現は有意に減少していた。いずれも筋肉の増殖・分化や代謝に関連する遺伝子ばかりであり、これらの遺伝子の発現を地上コントロールラットの遺伝子発現の状態に戻すことにより無重力による筋萎縮を予防できると考えた。これまでのところ抗酸化栄養素であるシステインとビタミンEの効果を解析した。これらの栄養素は尾部懸垂による筋遺伝子全体の発現変動にはほとんど影響を与えなかった。しかし、140mgのシステイン投与はユビキチン化システムの遺伝子発現や活性を抑制した。そして筋蛋白質のユビキチン化と分解を抑制し、その結果懸垂による後肢筋の湿重量の減少を部分的に改善できた(Biol. Chem.)。しかし、尾部懸垂ラットへのビタミンE投与は効果がなかっただけでなく、むしろ尾部懸垂による酸化ストレスを増強していた(J. Phys. Anthr.)。さらに、ユビキチン化システムが活性化している尾部懸垂ラットではIGFの細胞内情報伝達物質がユビキチン化され分解されているため、IGF-1による筋萎縮の予防効果は見られなかった(論文投稿中)。

研究成果

• [文献書誌] Ikemoto M et al.: "Cysteine supplementation prevents unweighting-induced ubiquitination in association with redox regulation in rat skeletal muscle"Biol. Chem.. 383(3-4). 715-721 (2002)
• [文献書誌] Nikawa T et al.: "Effects of soy protein diet on exercise-induced muscle protein catabolism in rats"Nutrition. 18(6). 490-495 (2002)
• [文献書誌] Ikemoto M et al.: "A relative high dose of vitamin E does not attenuate unweighting-induced oxidative stress and ubiquitination in rat skeletal muscle"J. Phys. Anthr.. 21(5). 257-263 (2002)
• [文献書誌] Nikawa T et al.: "Impaired vitamin A-mediated mucosal IgA rcesponse in IL-5 receptor-knockout mice"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 285(2). 546-549 (2001)
• [文献書誌] Ikemoto M et al.: "Space shuttle flight (STS-90) enhances degradation of rat myosin heavy chain in association with activation of ubiquitin-proteasome pathway"FASEB J.. 15(7). 1279-1281 (2001)
• [文献書誌] Nikawa T et al.: "Interleukin-1β enhances retinoic acid-mediated expression of bone-type alkaline phosphatase in rat IEC-6 cells"Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol.. 280(3). G510-G517 (2001)
• [文献書誌] 岸 恭一: "アミノ酸の生理作用:とくにシステイン"臨床栄養:アミノ酸栄養の最近の話題. 5 (2002)