悪性高熱症の原因となる1型リアノジン受容体変異の熱暴走マッピング

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03198
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 鈴木 団 大阪大学, 蛋白質研究所, 講師 (40350475)
• 研究分担者: 山澤 徳志子 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (00282616) ; 大山 廣太郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員 (70632131)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: カルシウム / 光学顕微鏡 / 蛍光イメージング / 熱パルス

研究実績の概要

悪性高熱症（MH）は、過剰な体温上昇が引き金となって骨格筋における力発生および熱産生が制御不能となる疾患である。MHが引き起こされる原因の一つは、カルシウム放出チャネルの1型リアノジン受容体（RyR1）の変異であることが知られ、300種類以上の点変異が同定されている。しかしたった一つの変異が、この巨大なタンパク質の働きを変調する仕組みは不明である。そこで本研究では、RyR1変異体における熱応答を網羅的に解析し、変異部位と熱応答性との相関を得て、重篤な変異の集中する箇所を探る(「熱暴走マッピング」)ことを目的とする。
最終年度となる本年度は、多くの成果がまとまり、論文として発表できた。まず、新たなMHモデルマウスの構築により、RyR1の新規阻害薬の開発に成功し、MHを抑制できることを見出した［Nat Commun (2021)］。さらに本モデルマウスより調製した骨格筋細胞の熱パルス応答についての結果を、培養細胞系での結果［bioRxiv (2020)］へ加え論文を投稿した。査読後、追加実験および改訂を経て再投稿し、査読中である。またこれらと並行して、本研究で利用する熱パルス法を、動物発生時における神経の発達において重要なアクチンフィラメント結合タンパク質ドレブリンによるアクトミオシン活性阻害機構の解析に応用し、体温が37℃であることの重要性を示唆する結果を得て論文発表した［Nano Lett (2021)］。さらに代謝で生じうる細胞内の局所的な温度上昇についての理論的考察を行い、論文発表した［Appl Phys Lett (2021)］。ほか、熱パルス法の細胞応用について最新の動向をまとめた総説を発表した［Biophys Rev (2022)］。

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] Russian Academy of Sciences(ロシア連邦)
  • 国名: ロシア連邦
  • 外国機関名: Russian Academy of Sciences
• [国際共同研究] St James’s University Hospital(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: St James’s University Hospital
• [国際共同研究] Mount Sinai Medical Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Mount Sinai Medical Center
• [雑誌論文] Opto-thermal technologies for microscopic analysis of cellular temperature-sensing systems (2022)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Oyama, Shuya Ishii, Madoka Suzuki
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 14 ページ: 41-54
  • DOI: 10.1007/s12551-021-00854-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Opportunities for hybrid diamond nanosensors targeting photothermal applications in biological systems (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Suzuki, Taras Plakhotnik
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 119 ページ: 190502
  • DOI: 10.1063/5.0063089
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Microscopic Temperature Control Reveals Cooperative Regulation of Actin-Myosin Interaction by Drebrin E (2021)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Kubota, Hiroyuki Ogawa, Makito Miyazaki, Shuya Ishii, Kotaro Oyama, Yuki Kawamura, Shin’ichi Ishiwata, Madoka Suzuki
  • 雑誌名: Nano Letters 巻: 21 ページ: 9526-9533
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02955
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A novel RyR1-selective inhibitor prevents and rescues sudden death in mouse models of malignant hyperthermia and heat stroke (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamazawa, T., T. Kobayashi, N. Kurebayashi, M. Konishi, S. Noguchi, T. Inoue, Y.U. Inoue, I. Nishino, S. Mori, H. Iinuma, N. Manaka, H. Kagechika, A. Uryash, J. Adams, J.R. Lopez, X. Liu, C. Diggle, P.D. Allen, S. Kakizawa, K. Ikeda, B. Lin, Y. Ikemi, K. Nunomura, S. Nakagawa, T. Sakurai, and T. Murayama
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 ページ: 4293
  • DOI: 10.1038/s41467-021-24644-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ミクロスコピックな温度の精密操作で見いだされたドレブリンEによるアクチン・ミオシン相互作用の協同的制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 久保田寛顕， 宮﨑牧人，石渡信一，鈴木団
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議2022
• [学会発表] リアノジン受容体によるカルシウム恒常性異常に関連した筋疾患 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山澤德志子
  • 学会等名: 第99回日本生理学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Precise temperature manipulation reveals heat hypersensitivity of ryanodine receptor type 1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Suzuki, Vadim Zeeb
  • 学会等名: The 20th HFSP Awardees Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Measuring ultralocal thermal conductivity using hybrid diamond nanosensors (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M.
  • 学会等名: Bio-Nano Cross-Over International Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] The mystery of intracellular heat (2021)
  • 著者名/発表者名: Plakhotnik T., Suzuki, M.
  • 学会等名: The 20th HFSP Awardees Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Heat diffusion in animal cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M.
  • 学会等名: International Cooperation Meeting for Biology (ICMB)
  • 国際学会
• [学会発表] Heat sensitive mutations in the middle region of the RyR1 channel implicated in malignant hyperthermia studied by optically controlled local heat pulse method (2021)
  • 著者名/発表者名: Liu Chujie, Yoshie Harada, Madoka Suzuki
  • 学会等名: International Cooperation Meeting for Biology (ICMB)
  • 国際学会
• [学会発表] Intracellular heat diffusion acting behind thermogenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: Madoka Suzuki and Yoshie Harada
  • 学会等名: The 16th International Symposium of the Institute Network for Biomedical Sciences / KEY FORUM 2021 International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Heat diffusion from a nanoparticle in a cell (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M.
  • 学会等名: The 14th International Symposium on Nanomedicine (ISNM2021) joint with 11th Taiwan-Japan-Korea Nanomedicine Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Cellular heat hypersensitivities caused by mutation in the C terminus region of the RyR1 channel implicated in malignant hyperthermia (2021)
  • 著者名/発表者名: Chujie Liu, Toshiko Yamazawa, Kotaro Oyama, Yoshie Harada, Madoka Suzuki
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
• [学会発表] The cellular uptake observation of nanoparticles by high speed AFM combined with fluorescent microscopy (2021)
  • 著者名/発表者名: Akito Matsui, Hayato Yamashita, Akihiro Tsuji, Asuka Yamaguchi, Madoka Suzuki, Masayuki Abe
  • 学会等名: 第59回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Intracellular thermal conductivity determined by dual-functionalized diamond nanosensor (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M.
  • 学会等名: The 4th International Forum on Quantum Metrology and Sensing (IFQMS)
  • 国際学会
• [学会発表] 分子動力学計算と生理実験によるリアノジン受容体のカルシウム放出機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山澤德志子
  • 学会等名: 第64回日本神経化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Therapeutic effects of novel type1 ryanodine receptor inhibitor on malignant hyperthermia (2021)
  • 著者名/発表者名: Toshiko Yamazawa
  • 学会等名: Calcium signaling and excitation-contraction coupling in cardiac, skeletal and smooth muscle; Journal of General Physiology
  • 国際学会 / 招待講演