筋幹細胞生物学を基盤とした筋線維型制御機構の先駆的理解と栄養機能学的調節

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03908
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 辰巳 隆一 九州大学, 農学研究院, 准教授 (40250493)
• 研究分担者: 水野谷 航 九州大学, 農学研究院, 助教 (20404056) ; 古瀬 充宏 九州大学, 農学研究院, 教授 (30209176)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 食肉生産科学 / 筋細胞生物学 / 筋幹細胞 / 筋線維型制御 / 食品機能学制御 / 細胞膜受容体アゴニスト / 遅筋型筋線維（抗疲労性筋線維） / semaphorin 3A (Sema3A)

研究実績の概要

動物の出生後の筋成長過程での筋線維型制御に筋幹細胞(衛星細胞)合成・分泌因子semaphorin 3A (Sema3A)が関与しているかを直接的に調べるため、衛星細胞特異的Sema3A-cKOマウスの表現型解析を行った。筋成長期にあたる3週齢でタモキシフェンを腹腔に投与しSema3A発現をcKOした後、成熟期の15週齢まで飼育した。対照区のSema3A-loxPマウスにもタモキシフェンを同様に投与した。
先ず、3週齢のマウスから衛星細胞を単離・培養し幼弱な筋線維を調製した後、筋線維型関連因子のmRNAおよびタンパク質の発現を比較した。Sema3A-cKOにより遅筋型myosin重鎖の発現が有意に低下する一方、速筋型myosin重鎖(IIb)の発現が増加することが認められた。また、Sema3A依存的シグナリング軸を構成すると予想したmyogeninとMEF2Dの発現は低下した。
次に、15週齢で両群から回収した後肢下腿部の筋（ヒフク筋、足底筋、ヒラメ筋）を抗myosin重鎖アイソフォーム抗体で４重蛍光免疫染色し、筋線維型組成（遅筋型・速筋型筋線維(IIa, IIx, IIb)の相対比）を測定した。ヒフク筋の外側部および内側部（遅筋型筋線維が多く存在する領域）の筋線維型組成を比較したところ、Sema3A-cKO群で遅筋型筋線維の割合が有意に低下し、速筋型(IIb型)筋線維が代替的に増加することが認められた。
以上の結果から、筋成長期において、衛星細胞が合成・分泌するSema3Aは遅筋型筋線維の形成を誘導する重要な因子であり、そのシグナリング軸にmyogeninとMEF2Dが関与していることが分かった。一方、足底筋やヒラメ筋では、Sema3A-cKOによって筋線維型組成に有意な変化は観察されなかったことから、３週齢より前の時期でSema3Aがより強く機能していると予想された。

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

「研究実績の概要」で前述した通り、衛星細胞特異的Sema3A-cKOマウスを用いたin vitroおよびin vivo実験により、筋幹細胞(衛星細胞)が合成・分泌するSema3Aは遅筋型筋線維の形成誘導に関わる鍵因子であることが明確になった。また、筋損傷・再生時と同様に筋成長期においても、Sema3A依存的なシグナリング軸にmyogeninとMEF2Dが関与していることも推測された。更には、このSema3Aリガンドを受容する細胞膜受容体としてneuropilin2-plexinA3複合体を同定した他、そのアゴ二スト活性を有する食品成分としてリンゴ果皮由来のポリフェノールを見出した。従って、初年度に予定した実験計画1, 2, 3の主要な項目は概ね良好に実施されたと言える。

今後の研究の推進方策

学術的にインパクトのある大きな成果としてまとめるため、研究データを更に蓄積することが必要と認識している。前述の通り、ヒラメ筋（遅筋型筋線維が優勢な筋）や足底筋でも同様に筋幹細胞(衛星細胞)合成・分泌因子semaphorin 3A (Sema3A) 依存的シグナリング機構によって遅筋型筋線維の形成が誘導されることを実証することにより、この新奇分子機構を更にハイライトする必要がある。このため、３週齢より前の時期（1週齢；これより前の週齢では実験手法上不可能）でSema3A-cKOを行う実験を行い、H29年度と同様に表現型解析を行う予定である。また、食品機能学的な制御に関しては、H29年度でSema3A細胞膜受容体(neuropilin2-plexinA3複合体)のアゴ二スト活性をリンゴ果皮由来のポリフェノールに見出したので、これに含まれる有効単一成分を同定する予定である。更には、Sema3A-cKOマウスにアゴニストを給餌すると対照区と同程度にまで遅筋型筋線維の割合が回復すること、また、野生型マウスに同様に給餌すると遅筋型筋線維の割合が増加し筋持久力が向上するかどうかを調べることも重要である。これらの食品機能学的知見は今後、当該アゴニストを商品化する場合には特に重要なデータとなると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] Department of Biological Sciences/Faculty of Science/University of Manitoba(Canada)
  • 国名: カナダ
  • 外国機関名: Department of Biological Sciences/Faculty of Science/University of Manitoba
• [国際共同研究] School of Anim. & Comp. Biomed. Sci./University of Arizona(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: School of Anim. & Comp. Biomed. Sci./University of Arizona
• [雑誌論文] Apobec2 deficiency causes mitochondrial defects and mitophagy in skeletal muscle (2018)
  • 著者名/発表者名: Sato Y., Ohtsubo H., Nihei N., Kaneko T., Sato Y., Adachi S.-I., Kondo S., Nakamura M., Mizunoya W., Iida H., Tatsumi R., Rada C., Yoshizawa F.
  • 雑誌名: FASEB Journal 巻: 32 ページ: 1428-1439
  • DOI: 10.1096/fj.201700493R
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fluorescence microscopy data on expression of Paired Box Transcription Factor 7 in skeletal muscle of APOBEC2 knockout mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo H., Sato Y., Matsuyoshi Y., Suzuki T., Mizunoya W., Nakamura M., Tatsumi R., Ikeuchi, Y.
  • 雑誌名: Data in Brief 巻: 17 ページ: 1348-1351
  • DOI: 10.1016/j.dib.2018.02.063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 食品としての油脂が骨格筋の代謝特性に与える影響と筋線維タイプとの関連 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小宮佑介, 丸山アレクサンデル, 渡辺裕介, 内田直愛, 大津翔平, 小林千亜暉, 横山壱成, 鈴木貴弘, 中村真子, 辰巳隆一, 池内義秀, 水野谷航, 有原圭三
  • 雑誌名: 栄養生理研究会報 巻: 62 ページ: 9-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fast-to-slow shift of muscle fiber-type composition by dietary apple polyphenols in rats: impact of the low-dose supplementation (2017)
  • 著者名/発表者名: Mizunoya W., Okamoto S., Miyahara H., Akahoshi M., Suzuki T., Do M.-K. Q., Ohtsubo H., Komiya Y., Qahar M., Waga T., Nakazato K., Ikeuchi Y., Anderson J. E., Tatsumi R.
  • 雑誌名: Animal Science Journal 巻: 88 ページ: 489-499
  • DOI: 10.1111/asj.12655
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] APOBEC2 negatively regulates myoblast differentiation in muscle regeneration (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo H., Sato Y., Suzuki T., Mizunoya W., Nakamura M., Tatsumi R., Ikeuchi Y.
  • 雑誌名: International Journal of Biochemistry and Cell Biology 巻: 85 ページ: 91-101
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2017.02.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Data supporting possible implication of APOBEC2 in self-renewal functions of myogenic stem satellite cells: toward understanding the negative regulation of myoblast differentiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohtsubo H., Sato Y., Suzuki T., Mizunoya W., Nakamura M., Tatsumi R., Ikeuchi, Y.
  • 雑誌名: Data in Brief 巻: 12 ページ: 269-273
  • DOI: 10.1016/j.dib.2017.03.051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mouse soleus (slow) muscle shows greater intramyocellular lipid droplet accumulation than EDL (fast) muscle: fiber type-specific analysis (2017)
  • 著者名/発表者名: Komiya Y., Sawano S., Mashima D., Ichitsubo R., Nakamura M., Tatsumi R., Ikeuchi Y., Mizunoya W
  • 雑誌名: Journal of Muscle Research and Cell Motility 巻: 38 ページ: 163-173
  • DOI: 10.1007/s10974-017-9468-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Slow-myofiber commitment by semaphorin 3A secreted from myogenic stem cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi R., Suzuki T., Do M.-K. Q., Ohya Y., Anderson J. E., Sibata A., Kawaguchi M., Ohya S., Ohtsubo H., Mizunoya W., Sawano S., Komiya Y., Ichitsubo R., Ojima K., Nishimatsu S.-I., Nohno T., Ohsawa Y., Sunada Y., Nakamura M., Furuse M., Ikeuchi Y., Nishimura T., Yagi T., Allen R. E.
  • 雑誌名: Stem Cells 巻: 35 ページ: 1815-1834
  • DOI: 10.1002/stem.2639
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The role of semaphorin3A in myogenic regeneration and the formation of functional neuromuscular junctions on new fibres (2017)
  • 著者名/発表者名: Anderson Judy E.、Do Mai-Khoi Q.、Daneshvar Nasibeh、Suzuki Takahiro、Dort Junio、Mizunoya Wataru、Tatsumi Ryuichi
  • 雑誌名: Biological Reviews of the Cambridge Philosophical Society 巻: 92 ページ: 1389-1405
  • DOI: 10.1111/brv.12286
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 筋幹細胞分泌因子Sema3Aによる筋線維型制御に関する研究：マウス成長過程における解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川口 舞、坂田拡太、松吉祐児、水野谷航、中村真子、辰巳隆一
  • 学会等名: 日本畜産学会 第124回大会
• [学会発表] 衛星細胞由来のSema3Aによる遅筋型筋線維の形成誘導メカニズムの解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 橋本 尚弥、西 百合子、森 愛華、小林 謙、辰巳 隆一、西邑 隆徳、鈴木 貴弘
  • 学会等名: 日本畜産学会 第124回大会
• [学会発表] Nudt7 overexpression acyivates endogenous Nudt7 and MyHC1 mRNA expression in C2C12 myoblasts (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryo Ebihara, Wataru Mizunoya, Ryuichi Tatsumi, Mako Nakamura
  • 学会等名: 日本畜産学会 第124回大会
• [学会発表] マウス骨格筋の再生に伴う筋線維タイプ組成の経時的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 市坪里穂、澤野祥子、辰巳隆一、中村真子、水野谷航
  • 学会等名: 日本畜産学会 第124回大会
• [学会発表] Possible implication of Nudt7 in C2C12 myoblast differentiation (2017)
  • 著者名/発表者名: Ebihara R., Choe S.-K., Mizunoya W., Tatsumi R., Nakamura M.
  • 学会等名: International Symposium on Agricultural, Food, Environmental and Life Sciences in Asia, 2017 (AFELiSA'17)
  • 国際学会
• [学会発表] 運動による筋線維タイプの変化によって豚肉の肉質がどう変わるか？ (2017)
  • 著者名/発表者名: 澤野 祥子、大座 啓史、辰巳 隆一、中村 真子、水野谷 航
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会（ConBio2017）