研究課題/領域番号 |
15K12570
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研究機関 | 北海道大学 |
研究代表者 |
前島 洋 北海道大学, 保健科学研究院, 教授 (60314746)
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研究分担者 |
齊藤 展士 北海道大学, 保健科学研究院, 助教 (60301917)
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研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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キーワード | 神経栄養因子 / 運動 / 老化 / 海馬 |
研究実績の概要 |
本研究では海馬における運動依存的なBDNF発現増強におけるエピジェネティクス制御に関してヒストン修飾とDNA転写領域の修飾について検証することを目的とする。先行研究報告に従い2時間の急性運動および2週間の長期的運動介入を行った昨年度の実験において、マウス海馬におけるBDNFの発現増強は認められなかった。そこで、本年度は長期的運動介入期間を延長し、1日1時間、15m/minの中等度負荷の走行を4週間実施し、認知機能試験の後、BDNF発現が最も増強されると報告されている運動後2~3時間内において海馬を採取した。各安静対照群のマウスについても同様のタイミングでサンプル採取を行った。採取サンプルを対象にBDNFとその受容体であるTrkBのmRNA発現と蛋白量を定量解析した。その結果、BDNFにおけるmRNA発現量と蛋白量の何れも運動介入による有意な増強効果が確認された。そこで、遺伝子発現におけるエピジェネティクス制御において、ヒストンのアセチル化は遺伝子発現を増強し、HATとHDACの酵素活性により修飾を受けることから、各酵素の活性レベルをELISA法により定量解析したところ、運動介入により海馬におけるHAT活性か特異的に増強されていることが確認された。一方、運動介入による新規物体認識試験における認知機能への有意な効果は認められなかった。以上の所見より、運動はHAT活性を増強し、BDNF遺伝子発現とBDNF蛋白量を増強することが確認された。これらの所見について、老化による影響と運動の相互作用を検証するため、老化促進モデルマウス(SAMP)とそのコントロールマウス(SAMR)の飼育を開始し、加齢過程における長期的運動介入効果について継続して検証を進めている。
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現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
初年度において先行研究において運動依存的なBDNFの発現増強について急性効果、長期的効果が確認されている運動プロトコールを再現し、その条件における発現増強の確認とその条件におけるBDNF遺伝子発現に関する各種エピジェネティック制御に関する実験を計画していた。初年度の複数のマウス運動介入実験において、先行研究を再現した複数の運動プロトコールにおいて海馬におけるBDNF発現増強が再現できなかったことにより、計画していた実験の着手を延期することとなった。本年度において海馬におけるBDNF発現の増強が確認できる運動プロトコールの確立に至り、予定していたエピジェネティクス制御に関する生化学的実験の実験を開始することができた。しかし、初年度に計画されていた実験の遅延が影響し、本年度においても当初予定していた計画よりも現在の達成度はやや遅れている。即ち当初予定していた、1)ヒストンの化学修飾解析:4つのコアヒストン(H1~H4)より構成されるヒストンのうちH3, H4ヒストンのテール部におけるリジンのアセチル化の定量、2)DNAのメチル化測定:BDNFのエクソンにおける刺激感受性を司るエクソンⅣを対象とするバイサルファイトシークエンスに基づくDNAメチル化測定、3)DNAメチル化転移酵素(DNMT)活性の測定:DNAメチル化を維持、促進する酵素活性を有すDNMT1、DNMT3の酵素活性の定量、以上の3つの実験について、サンプル準備の状況に留まっている。
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今後の研究の推進方策 |
本年度、海馬における運動依存的なBDNF発現増強のための運動プロトコールが確認できたため、その条件において28年度に着手を計画していたBDNF遺伝子発現に関する各種エピジェネティクス制御に関して実施できなかった実験を網羅的に実施する。1)ヒストンの化学修飾解析:4つのコアヒストン(H1~H4)より構成されるヒストンのうちH3, H4ヒストンのテール部におけるリジンのアセチル化の定量、2)ヒストンのアセチル化、脱アセチル化を担うHATおよびHDACの酵素活性の定量、3)DNAのメチル化測定:BDNFのエクソンにおける刺激感受性を司るエクソンⅣを対象とするバイサルファイトシークエンスに基づくDNAメチル化測定、4)DNAメチル化転移酵素(DNMT)活性の測定:DNAメチル化を維持、促進する酵素活性を有すDNMT1、DNMT3の酵素活性の定量、以上3項目のBDNF遺伝子発現に関するエピジェネティクス制御に関する実験を行う。並行して現在飼育中の老化促進モデルマウスとそのコントロールマウスが促進的に老齢期に達した後、両群を対象に以上3項目の実験に加えてHAT/HDAC酵素活性の定量解析を行い、エピジェネティクス制御における老化と運動の相互作用について検証を進める。
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