生理実験と分子動力学計算を組み合わせた新規リアノジン受容体制御機構の解析

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 19K07306
• 研究機関: 東京慈恵会医科大学
• 研究代表者: 山澤 徳志子 東京慈恵会医科大学, 医学部, 准教授 (00282616)
• 研究分担者: 村山 尚 順天堂大学, 医学部, 先任准教授 (10230012) ; 小川 治夫 東京大学, 定量生命科学研究所, 准教授 (40292726)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: カルシウム / リアノジン受容体 / 悪性高熱症 / 熱

研究実績の概要

筋小胞体膜にあるリアノジン受容体（RyR1）は、Ca2+誘発性Ca2+放出（Ca2+-induced Ca2+ release; CICR）の特性を示す。300種類以上のRyR1の点突然変異が同定されており、悪性高熱症（MH）やセントラルコア病（CCD）等の筋疾患を引き起こすと考えられている。たった一つのアミノ酸変異が、この巨大なRyR1チャネル蛋白分子の働きを変調する制御機構や実際の病態との相関は未だ不明な点が多い。
RyR1のN末端領域の構造的特徴についての知識を得るために、in silicoで、RyR1の変異体の分子構造を構築することにより、これまでに機能解析をしたMH変異体および野生型の分子動力学（MD）計算を行った。
これら結果をもとに、遺伝子点変異マウスを作出し、個体レベルで検証した。RyR1遺伝子点変異マウスのホモは胎生死を引き起こした。野生型マウスでは、2時間のイソフルラン吸入麻酔中、ほとんど体温上昇は見らなかった。一方、ヘテロマウスはイソフルラン吸入開始後20分頃から急激な体温上昇を引き起こし、最終的には43℃まで体温が上昇して死亡するMH様症状を示した。RyR1阻害薬であるダントロレンの事前投与により体温上昇を阻害した。また、イソフルラン麻酔により体温上昇中のヘテロマウスにダントロレンを投与することで体温低下を引き起こした。これより、RyR1遺伝子点変異ヘテロマウスは悪性高熱症モデル動物とし
て有用であることが示された。

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

新規悪性高熱症モデルマウスを作製し、リアノジン受容体変異体遺伝子の個体レベルでの機能解析方法が当初の計画以上に進んだ。

今後の研究の推進方策

新規MHモデル動物のヘテロ接合体を特性を解析し報告した。今年度はホモマウスの解析を進めている。

次年度使用額が生じた理由

研究実験期間を延長したため。

研究成果

• [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] 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 Physiolog
  • 国際学会 / 招待講演
• [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 (2021)
  • 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