物理的刺激による骨格筋可塑性発現機構の解明とロコモティブシンドローム治療への応用

2014 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 25350641
• 研究機関: 豊橋創造大学
• 研究代表者: 大野 善隆 豊橋創造大学, 保健医療学部, 講師 (80440808)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 細胞・組織 / ストレス / 筋肥大 / 骨格筋

研究実績の概要

骨格筋は可塑性に富んだ器官であり、細胞外刺激に適応して構造的・機能的に変化する。種々の物理的刺激によって骨格筋量と機能の維持向上がもたらされる際に、熱ショックタンパク質（Heat shock proteins：HSPs）の発現も増加することが報告されている。骨格筋の量的・機能的適応にHSPsが関与している可能性が指摘されているものの不明な点が多い。
本研究では、哺乳類骨格筋においてHSPs発現を制御している熱ショック転写因子1（heat shock transcription factor 1：HSF1）の機能に着目し、HSF1欠損（HSF1-knock out：HSF1-KO）マウスを用いて、物理的刺激による骨格筋応答およびHSPs発現の変化を追究する。そして、機械的刺激、温熱刺激など物理的刺激による骨格筋の量的かつ機能的応答におけるHSPsの役割を解明する。
本研究は３年計画で実施され、本年度はその２年目に当たる。本年度の検討項目は、温熱刺激後の骨格筋応答とHSPs発現との関係とした。実験対象の筋組織には、HSF1-KOマウスと野生型マウスのヒラメ筋を用いた。マウスに温熱刺激（41℃、60分間）を負荷し、骨格筋量、Pax7陽性筋衛星細胞数、HSPs発現量の変化を評価した。野生型マウスの骨格筋量とPax7陽性筋衛星細胞数は温熱刺激後に増加したが、HSF1-KOマウスでは変化を認めなかった。したがって、HSF1の欠損は温熱刺激による骨格筋肥大を抑制させることが示唆された。また、温熱刺激後のHSPsの応答は一様でなく、野生型マウスにおいてHSP70ファミリー（HSP72、HSP110）の発現量が増加した。HSP25の発現量は両マウスにおいて増加が認められた。以上より、温熱刺激による骨格筋肥大には、HSF1あるいはHSF1依存性のストレス応答が寄与していることが示唆された。

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

本年度の検討項目は、温熱刺激後の骨格筋応答と熱ショックタンパク質（Heat shock proteins：HSPs）発現との関係である。これまでの検討により、熱ショック転写因子1欠損（heat shock transcription factor 1-knock out：HSF1-KO）マウスと野生型マウスを用いて、温熱刺激による骨格筋肥大における筋衛星細胞ならびにHSPsの変化を評価し、HSF1を介したストレス応答の影響を検討した。その結果、HSF1の欠損は温熱刺激後のHSP70ファミリーの誘導を抑制するだけでなく、筋衛星細胞数の増加ならびに骨格筋量の増加も抑制することを確認した。以上より、本研究課題はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

本研究は３年計画で実施され、平成２７年度はその３年目の最終年度に当たる。これまでの検討により、機械的刺激ならびに温熱刺激による骨格筋肥大の一部に熱ショック転写因子1（heat shock transcription factor 1：HSF1）を介したストレス応答が関与していることが示唆された。そこで本年度の検討項目は、培養骨格筋細胞を対象に、神経内分泌系の関与がない環境における、温熱刺激後の骨格筋応答における熱ショックタンパク質（Heat shock proteins：HSPs）の役割とする。また、HSPs発現の誘導が局所的な温熱刺激により引き起こされるかを明らかにする。実験対象には筋細胞と筋組織を用いる。筋細胞はマウス骨格筋由来筋芽細胞C2C12を用い、温熱刺激後の筋タンパク質量、HSPs発現量、タンパク質合成に関わるシグナル伝達因子であるAktやp70 S6 kinaseの応答を明らかにする。また、筋組織はHSPs発現を制御している熱ショック転写因子1のノックアウトマウス（HSF1-knock out（HSF1-KO）マウス）と野生型マウスのヒラメ筋を用い、HSF1ならびにHSF1を介したストレス応答が温熱刺激後のタンパク質合成に関わる細胞内シグナル伝達物質に与える影響を検討する。さらに、温熱刺激後の骨格筋応答におけるHSPsの役割について、得られた結果を取りまとめ、成果の発表を行う。

研究成果

• [雑誌論文] Loading-associated expression of TRIM72 and caveolin-3 in antigravitational solues muscle in mice (2014)
  • 著者名/発表者名: Ohno Y, Sugiura T, Ohira Y, Yoshioka T, Goto K
  • 雑誌名: Physiological Reports 巻: 2 ページ: e12259
  • DOI: 10.14814/phy2.12259
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 温熱刺激による骨格筋肥大と生理学的意義 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野善隆
  • 雑誌名: 物理療法科学 巻: 21 ページ: 14-16
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] AICAR-induced activation of AMPK negatively regulates myotube hypertrophy through the HSP72-mediated pathway in C2C12 skeletal muscle cells (2014)
  • 著者名/発表者名: Egawa T, Ohno Y, Goto A, Ikuta A, Suzuki M, Ohira T, Yokoyama S, Sugiura T, Ohira Y, Yoshioka T, Goto K
  • 雑誌名: American Journal of Physiology - Endocrinology and Metabolism 巻: 306 ページ: E344-E354
  • DOI: 10.1152/ajpendo.00495.2013
  • 査読あり
• [学会発表] 骨格筋の量的変化と細胞膜構築タンパク質の発現 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野善隆，後藤勝正
  • 学会等名: 第1回日本基礎理学療法学会学術集会・日本基礎理学療法学会第4回学術大会合同学会
  • 発表場所: 名古屋学院大学名古屋キャンパス白鳥学舎（愛知県・名古屋市）
  • 年月日: 2014-11-15 – 2014-11-16
• [学会発表] 微弱電流刺激による骨格筋量増大におけるタンパク質合成機構に関する基礎的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野善隆，後藤勝正
  • 学会等名: 第22回日本物理療法学会学術大会
  • 発表場所: 信州大学医学部附属病院外来棟4階（長野県・松本市）
  • 年月日: 2014-10-25 – 2014-10-26
• [学会発表] 筋活動量の変化に伴う骨格筋細胞膜タンパク質の応答 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野善隆，後藤勝正
  • 学会等名: 第69回日本体力医学会大会
  • 発表場所: 長崎大学文教キャンパス（長崎県・長崎市）
  • 年月日: 2014-09-19 – 2014-09-21
• [学会発表] 物理的刺激による骨格筋量変化とストレス応答 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大野善隆，後藤勝正
  • 学会等名: 第49回日本理学療法学術大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2014-05-30 – 2014-06-01
• [備考] 豊橋創造大学保健医療学部理学療法学科生理学研究室ホームページ
  • URL: http://www.sozo.ac.jp/professor/goto_katsumasa/index.html