骨格筋におけるコネクチンおよびカルパインp94を介したシグナル伝達の解析

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20500369
• 研究機関: 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構
• 研究代表者: 尾嶋 孝一 独立行政法人農業・食品産業技術総合研究機構, 畜産草地研究所・食肉プロテオーム研究チーム, 研究員 (60415544)
• キーワード: 骨格筋 / カルパイン / 蛋白質分解酵素 / 筋ジストロフィー

研究概要

骨格筋特異的に発現する蛋白質分解酵素であるカルパイン3(p94とも呼ばれる)は、骨格筋細胞内のサルコメアにおいて巨大弾性蛋白質であるコネクチンと直接結合し存在する。本研究では骨格筋細胞の伸展刺激を感知するセンサー分子としてコネクチン、コネクチン結合分子の一つとしてp94に着目し、『骨格筋細胞の伸展刺激→コネクチン分子の伸展→コネクチン結合分子p94への伝達および応答』という、骨格筋細胞への収縮・伸展刺激に応答するシグナル伝達ネットワークの存在を提起し、このシグナル伝達にp94の酵素活性が関与することを明らかにすることを目的とした。生化学的および細胞生物学的な解析を行った結果、p94のサルコメア内での局在が骨格筋の収縮・伸展状況に依存して変化すること、しかもp94の迅速な局在変化のためにはp94の酵素活性が必要であることを示した。さらに、連続的な骨格筋への収縮・伸展のモデルとしてマウスに運動負荷を与えたところ、野生型マウスでは熱ショック蛋白質(HSPs)、および筋アンキリン反復蛋白質(MARP2)の発現が上昇し、骨格筋の運動ストレスに対する応答反応が誘導された。一方、p94の酵素活性不全の遺伝子改変マウスではこれらの蛋白質の発現上昇が起こらず、運動ストレスに対する応答が不全となり筋変性・壊死となった。これらの結果はコネクチンを介したp94の骨格筋収縮・伸展刺激に対するシグナル伝達ネットワークの存在と、このシグナル伝達を正常に機能させるためにはp94の酵素活性が必須であることを示している。

研究成果

• [雑誌論文] Non-proteolytic functions of calpain-3 in sarcoplasmic reticulum in skeletal muscles (2011)
  • 著者名/発表者名: Ojima, K., Ono, Y., Ottenheijm, C., Hata, S., Suzuki, H., Granzier, H., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 407 ページ: 439-449
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic distribution of muscle-specific calpain in mice has a key role in physical-stress adaptation and is impaired in muscular dysirophy (2010)
  • 著者名/発表者名: Ojima, K., Kawabata, Y., Nakao, H., Nakao, K., Doi, N., Kitamura, F., Ono, Y., Hata, S., Suzuki, H., Kawahara, H., Bogomolovas, J., Witt, C., Ottenbeijm, C., Labeit, S., Granzier, H., Toyama-Smorimachi, N., Sorimachi, M., Suzuki, K., Macda, T., Abe, K., Aiba, A., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: Journal of Clinical Investigation 巻: 120 ページ: 2672-2683
  • 査読あり
• [雑誌論文] Skeletal muscle-specific calpain is an intracellular Na+-dependent protease (2010)
  • 著者名/発表者名: Ono, Y., Ojima, K., Torii, F., Takaya, E., Doi, N., Nakagawa, K., Hata, S., Abe, K., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 285 ページ: 22986-22998
  • 査読あり
• [学会発表] Loss of calpain-3 protease activity impairs its distribution and muscle physical-stress adaption, resulting in muscular dystrophy. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ojima, K., Kawabata, Y., Nakao, H., Nakao, K., Doi, N., Kitamura, F., Ono, Y., Hata, S., Kawahara, H., Labeit, S., Toyama-Sorimachi, N., Sorimachi, M., Maeda, T., Aiba, A., Sorimachi., H.
  • 学会等名: The 50th Annual Meeting of the American Society for Cell Biology
  • 発表場所: Philadelphia, PA.USA
  • 年月日: 20101214-20101215
• [学会発表] Dynamic distribution of muscle-specific calpain 3/p94 plays a key role in physical-stress adaptation and its defects by loss of activity cause muscular dystrophy. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ojima, K., Kawabata, Y., Nakao, H., Nakao, K., Doi, N., Kitamura, F., Ono, Y., Hata, S., Kawahara, H., Labeit, S., Toyama-Sorimachi, N., Sorimachi, M., Suzuki, K., Maeda, T., Aiba, A., Sorimachi, H.
  • 学会等名: The Biology of Calpians in Health and Disease. FASEB Summer Research Conference
  • 発表場所: Carefree, AZ, USA
  • 年月日: 20100726-20100730