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2023 年度 実績報告書

転写調節因子FOXO1に着目した筋萎縮と筋機能低下の分子機序解明

研究課題

研究課題/領域番号 22H03539
配分区分補助金
研究機関京都府立大学

研究代表者

亀井 康富  京都府立大学, 生命環境科学研究科, 教授 (70300829)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
キーワード骨格筋 / 健康寿命 / 転写調節因子 / 筋機能 / 代謝 / 標的遺伝子
研究実績の概要

筋萎縮は加齢や不活動、低栄養、疾患(がん等)といった様々な要因で起こり、生活の質の低下と健康寿命の短縮につながる。本研究では、「FOXO1はどのようにして筋萎縮・筋機能低下を引き起こすか?」に取り組む。本研究課題の遂行により、超高齢社会の健康寿命延伸の手がかりとなり、また骨格筋を主体とした生理・病態生理現象の解明により健康科学分野進展への波及効果が期待される。そのため、 FOXO1の標的遺伝子の同定と骨格筋萎縮に関する機能解析およびFOXO1の転写活性を抑制する食品成分の探索と分子機序の解析を取り組む。
本年度の解析では、骨格筋特異的なFOXO1, 3a, 4欠損マウスにルイス肺がん細胞を移植することで、がん悪液質に対するFOXOの影響を調べた。野生型マウスにおいて、がん悪液質によって筋重量や筋力の低下、FOXOや筋萎縮関連遺伝子の発現増加がみられたが、FOXO欠損マウスではこれらの影響が抑制された。すなわち、がん悪液質による筋機能(筋力)の低下などは、FOXOを介して誘導されることが示された。また筋萎縮を抑制することが報告されている転写調節因子PGC1αを骨格筋特異的に過剰発現・欠損したマウスを用いた解析により、PGC1αが神経筋接合部の形成に重要なDok-7遺伝子発現を制御していることを見出した。さらにFOXO1によって発現制御されることが判明したDnmt3a (DNAメチル化酵素)の機能的役割を調べるために骨格筋特異的Dnmt3a過剰発現マウスを作製し、表現型の解析を実施している。さらに、FOXO1の転写活性を評価できるGAL4-FOXO1レポーターアッセイ系により、FOXO1活性を抑制する食品由来化合物が8種類見つかり、筋培養細胞を用いた作用機序の解析を実施した。これらの化合物は筋萎縮抑制機能を持つ食品や医薬品に応用されることが期待される。

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

FOXO1の標的遺伝子の同定と骨格筋萎縮に関する機能解析およびFOXO1の転写活性を抑制する食品成分の探索と分子機序の解析に関して、遺伝子発現解析およびin vitro、in vivoの解析により新しい知見が得られつつある。またFOXO1と相互作用すると考えられるPGC1やDnmt3aに関して遺伝子改変マウスの表現型解析により筋萎縮のメカニズムに新たな手がかりが得られている。

今後の研究の推進方策

前年度に引き続きFOXO1の標的遺伝子の同定と骨格筋萎縮に関する機能解析について研究を進める。
FOXO1の新規標的遺伝子の同定:野生型コントロールの骨格筋と比較して、FOXO1過剰発現マウスで発現増加(減少)し、FOXO欠損マウス(筋萎縮刺激:不活動やがん悪液質モデル)で発現減少(増加)する遺伝子(FOXO1の標的遺伝子)を探索する。FOXO1がどのような遺伝子を活性化あるいは抑制し、筋萎縮を引き起こすかの重要な手掛かりが得られることが期待される。
FOXO1の標的(候補)遺伝子に関する機能解析:絶食時のFOXO欠損マウスサンプルを用いて、新規標的遺伝子候補としてOdc1 (Ornithine decarboxylase)などが得られた。培養細胞(C2C12筋芽細胞や筋初代培養)を用いて、FOXO1の活性化や抑制をした時に、Odc1の下流であるポリアミン経路に着目して解析する。FOXO1がポリアミン代謝(プトレシンやスペルミジン)を介して筋萎縮に寄与するか否かを明らかにする。
FOXO1はPGC1βやDnmt3aの発現を抑制する。FOXO1およびPGC1により神経筋接合部の遺伝子発現(Dok-7など)や機能に対する影響を検討する。またDNAメチル化と筋萎縮との因果関係の解析に取り組む。この実験により、筋萎縮に伴って生じる(健康に不利益な可能性のある)現象を明らかにし、筋萎縮の病態生理学の手掛かりが得られる。さらに食品成分によりFOXO1活性に与える影響を解析する。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2024 2023 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Peroxisome proliferator-activated receptor γ coactivator 1α regulates downstream of tyrosine kinase-7 (Dok-7) expression important for neuromuscular junction formation2024

    • 著者名/発表者名
      Sugimoto Takumi、Sakamaki Chihiro、Kimura Tokushi、Eguchi Takahiro、Miura Shinji、Kamei Yasutomi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 14 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-024-52198-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] LPGAT1/LPLAT7 regulates acyl chain profiles at the sn-1 position of phospholipids in murine skeletal muscles2023

    • 著者名/発表者名
      Sato Tomoki、Umebayashi Shuhei、Senoo Nanami、Akahori Takumi、Ichida Hiyori、Miyoshi Noriyuki、Yoshida Takuya、Sugiura Yuki、Goto-Inoue Naoko、Kawana Hiroki、Shindou Hideo、Baba Takashi、Maemoto Yuki、Kamei Yasutomi、Shimizu Takao、Aoki Junken、Miura Shinji
    • 雑誌名

      Journal of Biological Chemistry

      巻: 299 ページ: 104848~104848

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.104848

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 骨格筋機能における遺伝子発現制御2023

    • 著者名/発表者名
      酒巻千広、杉本拓海、大藪葵、亀井康富
    • 雑誌名

      FOOD STYLE21(食品化学新聞社)

      巻: 27 ページ: 34~39

  • [雑誌論文] 遺伝子改変マウスを用いた骨格筋機能・筋萎縮に関する研究2023

    • 著者名/発表者名
      山本有紗、亀井康富
    • 雑誌名

      オベリスク

      巻: 28 ページ: 21~28

  • [学会発表] FOXO1 cooperates with C/EBPδ and ATF4 to regulate skeletal muscle atrophy transcriptional program during fasting2023

    • 著者名/発表者名
      Yasutomi Kamei, Mamoru Oyabu
    • 学会等名
      The 2023 American Physiology Summit, Long Beach, California
    • 国際学会
  • [学会発表] Healthy skeletal muscle atrophy and/or metabolism via FoxOs signaling pathway protects starvation-induced fatty liver2023

    • 著者名/発表者名
      Mamoru Oyabu, Tsuyoshi Goto, Kiyoshi Yoshioka, Runa Kawaguchi, Jungin Kwon, Yuto Ohira, Kengo Ishihara, Takayoshi Suganami, Shinji Miura, Yasutomi Kamei
    • 学会等名
      The 2023 American Physiology Summit, Long Beach, California
    • 国際学会
  • [学会発表] 食品成分によるエネルギー代謝調節の新展開:転写調節因子と食品成分による骨格筋代謝調節(シンポジウム)2023

    • 著者名/発表者名
      亀井康富
    • 学会等名
      第77回日本栄養・食糧学会大会
    • 招待講演
  • [学会発表] がん悪液質による骨格筋萎縮はFOXOsシグナルを活性化する(学生優秀発表賞)2023

    • 著者名/発表者名
      川口留奈、大藪葵、小野悠介、藤巻慎、吉岡潔志、三浦進司、亀井康富
    • 学会等名
      第77回日本栄養・食糧学会大会
  • [学会発表] 低栄養性脂肪肝における骨格筋 FoxOs シグナルの役割の解明(若手研究奨励賞)2023

    • 著者名/発表者名
      大藪 葵,川口 留奈,吉岡 潔志,石原 健吾,Kwon Jungin,菅波孝祥,後藤 剛,亀井 康富
    • 学会等名
      第36回日本糖尿病・肥満動物学会年次学術集会
  • [学会発表] 筋萎縮関連代謝産物の統合的メタボローム解析による同定とアミノ酸異化産物ポリアミンによる筋量制御機構(最優秀ポスター賞)2023

    • 著者名/発表者名
      大藪 葵, 水谷 彩子, 亀井 康富
    • 学会等名
      日本アミノ酸学会第17回学術大会
  • [学会発表] 転写因子FOXO1活性の抑制を介した筋萎縮抑制効果を持つ食品・植物由来成分の探索 (優秀発表賞(支部長推薦))2023

    • 著者名/発表者名
      山本有紗、大西拓己、水谷彩子、内富蘭、大藪葵、亀井康富
    • 学会等名
      日本農芸化学会関西支部 第528回講演会
  • [備考] 京都府立大学生命環境科学研究科分子栄養学研究室ホームページ

    • URL

      http://nutrition.life.kpu.ac.jp/

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公開日: 2024-12-25  

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