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2022 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
キーワード哺乳類 / 心臓 / 心筋細胞 / T管膜 / バイオメカニクス / 脊椎動物
研究実績の概要

哺乳類の成体の心筋細胞には,形質膜が細胞の長軸方向と直交する方向に陥入した膜構造(T管膜)が周期的に存在する.T管膜の崩壊は重篤な心不全に直結するため,この特殊構造は哺乳類成体の心臓ポンプ機能に必要不可欠であるが,T管膜の崩壊メカニズムの詳細は不明である.興味深いことに,哺乳類以外の脊椎動物の心筋細胞には,T管膜は存在しない.そこで本研究では,T管膜の存在する心筋細胞とT管膜の存在しない心筋細胞を比較することで,T管膜の維持機構と哺乳類の心筋細胞がT管膜を獲得した進化的意義の解明を目指している.本年度は,まずT管膜の発達過程に注目した.哺乳類の心筋細胞は,生後間もなく分裂能が著しく低下し,収縮・弛緩に特化(分化)する過程でT管膜を発達させる.分裂を促進し分化を抑制する因子を心筋細胞特異的に過剰発現する遺伝子改変マウスの表現型を解析したところ,野生型マウスの心筋細胞と比較してT管膜の機能的な発達がみられず,心臓ポンプ機能も低かった.今後,遺伝子改変マウスの詳細な解析を進め,T管膜の形成機序についても調べていく.続いて,哺乳類が心筋細胞のT管膜を獲得した進化的意義をカルシウム濃度管理の観点から探るため,哺乳類に比べて心拍数が低く,T管膜を保持していないヘビ(爬虫類)の心臓から単離した心筋細胞のカルシウム濃度変化をラット(哺乳類)と比較した.予想通り,電気刺激により惹起したカルシウム濃度変化が完了するまでの時間は,ラットの方が著しく短かった.ただし,収縮を惹起するためのカルシウム濃度上昇に関しては,ラットの方が有意に速かったものの,弛緩を誘導する濃度低下に関してはヘビの方が有意に速かった.したがって,カルシウム濃度の迅速な低下には,T管膜は必ずしも重要ではないことが示唆された.今後,複数の動物モデルを用いてさらに検討を進める.

現在までの達成度 (区分)
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

遺伝子組み換えマウスや哺乳類以外の脊椎動物の心筋細胞のカルシウム濃度変化を計測し,T管膜の役割に関する知見を得ることが出来た.さらに,細胞構成要素レベルや臓器レベルの力学データも取得出来たため,順調に進展していると言える.

今後の研究の推進方策

当初の計画通り,複数の動物モデルの心臓を多階層的に調べていく.分子動力学シミュレーションの専門家を研究分担者として追加し,分子レベルの挙動の解析を推進していく.

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2023 2022 その他

すべて 学会発表 (11件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [学会発表] 心筋細胞分裂促進因子Fam64aの長期強制発現はKlf15の抑制により心不全を誘発する2023

    • 著者名/発表者名
      橋本 謙,児玉 彩,大平 桃子,木元 弥咲,臼居 優,氏原 嘉洋,花島 章,毛利 聡
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
  • [学会発表] Comparison of Ca2+ transients in cardiomyocytes isolated from quails, snakes and rats2023

    • 著者名/発表者名
      小椋 悠平,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
  • [学会発表] 心臓の構造的・機能的成熟におけるTRPV2の役割2023

    • 著者名/発表者名
      Dong Yubing,氏原 嘉洋,Chen Yanzhu,片野坂 公明,成瀬 恵治,片野坂 友紀
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
  • [学会発表] Comparative evaluation of passive mechanical properties of ventricles in different habitats using Anura and Serpente2023

    • 著者名/発表者名
      伊藤 愛,Nguyen Vu,小椋 悠平,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      第100回日本生理学会大会
  • [学会発表] 心筋細胞の分裂能と核の力学特性の関係解明を目指した心筋細胞単離核の圧縮特性の評価2023

    • 著者名/発表者名
      森垣 和志,鄭 必成,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54回学生員卒業研究発表講演会
  • [学会発表] 生息環境の異なるカエル類・ヘビ類から探る上陸による心室の受動的伸展性の変化2022

    • 著者名/発表者名
      伊藤 愛,Nguyen Vu,小椋 悠平,杉田 修啓,中村 匡徳,氏原 嘉洋
    • 学会等名
      第33回バイオフロンティア講演会
  • [学会発表] アホロートルとラットの心筋細胞から単離した核の引張特性の比較2022

    • 著者名/発表者名
      鄭 必成,後藤 嵩登,氏原 嘉洋,中村 匡徳,杉田 修啓
    • 学会等名
      生体医工学シンポジウム2022
  • [学会発表] Changes in ventricular structure and passive stiffness during vertebrate terrestrialization: Comparison of ventricles of extant Anura from different habitats2022

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiro Ujihara
    • 学会等名
      the 9th World Congress of Biomechanics
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantification of pressure tolerance of Anura ventricles in different habitats2022

    • 著者名/発表者名
      Ito M, Ogura Y, Shibayama M, Sugita S, Nakamura M, and Ujihara Y
    • 学会等名
      the 9th World Congress of Biomechanics
    • 国際学会
  • [学会発表] メカニカルストレスによる心臓突然死と心不全発症を防ぐ新規蛋白質2022

    • 著者名/発表者名
      花島 章 ,木元 弥咲,氏原 嘉洋,大平 桃子,臼居 優,橋本 謙,毛利 聡
    • 学会等名
      第61回日本生体医工学会大会
  • [学会発表] 哺乳類研究者の知らない脊椎動物の心臓の世界2022

    • 著者名/発表者名
      氏原 嘉洋,伊藤 愛,小椋 悠平
    • 学会等名
      第34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/

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公開日: 2023-12-25  

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