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2021 年度 実績報告書

哺乳類心筋細胞のT管膜構造の維持機構の解明と進化的意義の探求

研究課題

研究課題/領域番号 21H03794
配分区分補助金
研究機関名古屋工業大学

研究代表者

氏原 嘉洋  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80610021)

研究分担者 毛利 聡  川崎医科大学, 医学部, 教授 (00294413)
中村 匡徳  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20448046)
杉田 修啓  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20532104)
西辻 光希  沖縄科学技術大学院大学, マリンゲノミックスユニット, スタッフサイエンティスト (60770823)
花島 章  川崎医科大学, 医学部, 講師 (70572981)
橋本 謙  川崎医科大学, 医学部, 准教授 (80341080)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
キーワードバイオメカニクス / 心臓 / 心筋細胞 / T管膜 / 脊椎動物 / カルシウム / 微小管
研究実績の概要

本年度は,まず哺乳類の心筋細胞に存在するT管膜構造の維持機構の構成要素として,細胞骨格の一種である微小管に注目して研究を進めた.
簡易的なT管膜崩壊モデルとして,成体のラットから単離した心筋細胞を静置培養した.24時間培養後,T管膜が崩壊していることを確認した.このとき,細胞の短軸方向に配向した微小管は減少し,長軸方向に配向した微小管は増加していた.次に,成体のラットから単離した心筋細胞の微小管をコルシチンで脱重合,またはパクリタキセルで過重合させた.微小管を脱重合させても,過重合させてもT管膜構造の顕著な崩壊は見られなかった.低浸透圧刺激により,T管膜を崩壊させたところ,微小管の重合度とT管膜の崩壊度の間には顕著な相関は見られなかった.続いて,T管膜の崩壊が生じる遺伝子組換えマウスの微小管を解析したところ,短軸方向の微小管が減少し,長軸方向の微小管が増加していた.このマウスでは,ゴルジ体が断片化されており,ゴルジ体を起点とした非中心体微小管に異常が生じていることが示唆された.そこで,成体ラットの単離心筋細胞のゴルジ体を薬剤により断片化させたところ,長軸方向の微小管が顕著に増加し,短時間で遺伝子組換えマウスと同様の微小管の配向を再現できた.このとき,T管膜の周期性が低下しており,T管膜が崩壊してた.以上のことから,微小管が長軸方向に過度に配向することがT管膜の崩壊を引き起こす可能性が示唆された.
上記の哺乳類の研究と平行して,T管膜を持たない両生類や鳥類の心筋細胞の基礎的なデータを収集した.

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

コロナウイルス対策により,他大学への出張をすべて取りやめたため,予定通りの実験を一部遂行できなかった.

今後の研究の推進方策

当初の計画通り,研究を進めていく.今後,哺乳類以外の脊椎動物の心筋細胞の解析や計算モデルを用いた力学解析を行う予定であるが,順調に進まない場合は新たな研究分担者を追加することも考えている.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Decrease in Ca2+ Concentration in Quail Cardiomyocytes Is Faster than That in Rat Cardiomyocytes2022

    • 著者名/発表者名
      Ogura Yuhei、Ito Hiroaki、Sugita Shukei、Nakamura Masanori、Ujihara Yoshihiro
    • 雑誌名

      Processes

      巻: 10 ページ: 508

    • DOI

      10.3390/pr10030508

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 水生,半水生,陸生カエルにおける心室の耐圧性と組織構造の違い2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤 愛、杉田 修啓、中村 匡徳、氏原 嘉洋
    • 雑誌名

      生体医工学

      巻: 59 ページ: 162~168

    • DOI

      10.11239/jsmbe.59.162

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ウズラとラット単離心筋細胞の興奮収縮連関におけるCa2+動態の比較2022

    • 著者名/発表者名
      小椋 悠平,伊藤 大晃,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      第99回日本生理学会大会
  • [学会発表] 拡張期における両生類の心室心筋細胞に生じるひずみの解析2022

    • 著者名/発表者名
      柴山 瑞菜,伊藤 愛,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第53回学生会卒業研究発表講演会
  • [学会発表] 冬眠哺乳類の T 管膜維持機構解明に向けた冬眠哺乳類ハムスターと非冬眠哺乳類ラットの非冬眠時における単離心筋細胞の膜構造比較2022

    • 著者名/発表者名
      寺島 丈壱,伊藤 大晃,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      日本機械学会東海支部第53回学生会卒業研究発表講演会
  • [学会発表] ウズラ単離心筋細胞の興奮収縮連関における Ca 動態の解析2021

    • 著者名/発表者名
      小椋 悠平,伊藤 大晃,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      第32回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] Ventricle of terrestrial Anura has higher resistance to internal pressure than that of aquatic and semiaquatic Anura2021

    • 著者名/発表者名
      Ito M, Shibayama M, Sugita S, Nakamura M, Ujihara Y
    • 学会等名
      The 11th Asian-Pacific Conference on Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] ラット心筋細胞のT管膜構造維持における微小管の重要性2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤 大晃,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2021
  • [学会発表] 水生,半水生,陸生カエルにおける心室の耐圧性と組織構造の違い2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤 愛,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2021
  • [学会発表] 上陸による心室のスティフネスと組織構造の変化(生息環境の異なるカエルを用いた検討)2021

    • 著者名/発表者名
      伊藤 愛,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      日本機械学会2021年度年次大会
  • [学会発表] 陸生脊椎動物の心筋細胞のカルシウム濃度管理の重要性と多様性2021

    • 著者名/発表者名
      氏原 嘉洋
    • 学会等名
      第33回バイオエンジニアリング講演会
    • 招待講演
  • [備考] 名古屋工業大学・医用生体工学研究室

    • URL

      http://biomech.web.nitech.ac.jp/index.html

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公開日: 2022-12-28  

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