骨格筋の遅筋特性獲得機序解明とその予測モデルの構築

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26282184
• 研究機関: 静岡県立大学
• 研究代表者: 三浦 進司 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 教授 (10342932)
• 研究分担者: 守田 昭仁 静岡県立大学, 食品栄養科学部, 助教 (40239653)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: lipidomics

研究実績の概要

【背景・目的】運動トレーニングは骨格筋中のリン脂質分子種の脂肪酸組成を変化させるが、そのメカニズムは明らかになっていない。転写共役因子であるPGC-1αは、運動トレーニングによる骨格筋の適応反応に重要な役割を果たすため、PGC-1αが運動トレーニングによるリン脂質分子種変化の一端を担っている可能性がある。そこで、リン脂質分子種変化へのPGC-1αの寄与を明らかにすることを試みた。
【方法】骨格筋特異的にPGC-1αを過剰発現させたPGC-1α-Tgマウスより骨格筋を採取し、含まれる脂質成分を一斉分析した。得られたデータについて多変量解析を行った後、骨格筋の性状変化に寄与する分子を同定した。次に、骨格筋特異的にPGC-1αをノックアウトしたPGC-1α-KOマウスに対して、運動トレーニングを5週間施し、骨格筋中の脂質成分を分析した。
【結果】PGC-1αは骨格筋中の脂質構成を大きく変化させた。また、運動トレーニングは、構成する脂肪酸が異なる7種のphosphatidylcholine (PC)と2種のphosphatidylethanolamine (PE)を増加させた。そのうち、PC(18:0/22:6)とPE(18:0/22:6)の増加にはPGC-1αの発現が大きく寄与していることが示唆された。
【考察】リン脂質は細胞膜を構成する主要成分であるので、運動トレーニングによるリン脂質分子種の変化は、膜の形態や柔軟性に影響を及ぼすことで、骨格筋の適応反応に貢献している可能性がある。
【結論】本研究により、運動トレーニングによって特定の脂肪酸組成を有するリン脂質がPGC-1α依存的に変化することが明らかになった。

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

研究は「研究の目的」に沿って順調に進捗している。研究成果を英文専門誌に発表した。
Senoo, N., Miyoshi, N., Goto-Inoue, N., Minami, K., Yoshimura, R., Morita, A., Sawada, N., Matsuda, J., Ogawa, Y., Setou, M., Kamei, Y., and Miura, S.*, PGC-1α-mediated changes in phospholipid profiles of exercise-trained skeletal muscle. J Lipid Res, 56, 2286-2296 (2015).
さらに、国内外の学会や研究会において研究成果を発表した。

今後の研究の推進方策

【検討項目1】筋萎縮に伴うリン脂質分子種変化へのFOXO1の寄与
筋萎縮を引き起こす転写因子であるFOXO1の過剰発現及び人工的筋萎縮モデルにおけるリン脂質分子種変化、萎縮に伴うリン脂質分子種変化へのFOXO1の寄与を明らかにする。すなわち①骨格筋特異的FOXO1過剰発現マウス(FOXO1-Tg)マウスの骨格筋中のリン脂質分子種組成、②ギプス固定、座骨神経切除、絶食などの人工的な筋萎縮モデルマウスならびに③同様の処置を施した骨格筋特異的FOXO1ノックアウト(FOXO1-KO)マウスの骨格筋中のリン脂質分子種組成を解析する。
【検討項目2】転写調節因子依存的な骨格筋リン脂質多様化の機序解明
リン脂質の生合成経路は、グリセロール3リン酸を出発点としてacyltransferase (AT)により脂肪酸を取り込むde novo経路と、phospholipase A1 (PLA1)またはA2 (PLA2) による脂肪酸の切り出しとATによる再取り込みからなるリモデリング経路の2つが存在する。取り込まれる脂肪酸はacyl-CoA synthetase (ASCL)によって脂肪酸CoAの形に変換される。ATとACSLには数種類のアイソフォームが存在し、各々が各種脂肪酸に対する基質特異性を有する。そのため、これらアイソフォームの発現制御がリン脂質の多様性に貢献している可能性がある。申請者らは、ACSLアイソフォームのうちの１つがPGC-1α Tgマウス骨格筋において発現増加することを確認した。そこで、PGC-1αおよびFOXO1が、AT、PLA1、PLA2、ACSLの発現制御を介してリン脂質への脂肪酸の取り込みを変化させるか否かを、モデルマウス摘出筋、遺伝子改変培養細胞などを用いて検証する。

次年度使用額が生じた理由

実験に使用予定の遺伝子組換え動物の繁殖が若干遅れたため、今年度計画していた実験の一部が実行できなかった。

次年度使用額の使用計画

すでに使用予定の動物の準備は完了したので、今年度計画していた実験を次年度に実行する。

備考

本研究の研究成果が、米国生化学分子生物学会 (American Society for Biochemistry and Molecular Biology) の機関誌、ASBMB Todayの2016年2月号にJOURNAL NEWSとして取り上げられた。

研究成果

• [国際共同研究] University of Chicago(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Chicago
• [雑誌論文] PGC-1α-mediated changes in phospholipid profiles of exercise-trained skeletal muscle. (2015)
  • 著者名/発表者名: Senoo, N., Miyoshi, N., Goto-Inoue, N., Minami, K., Yoshimura, R., Morita, A., Sawada, N., Matsuda, J., Ogawa, Y., Setou, M., Kamei, Y., and Miura, S.
  • 雑誌名: J Lipid Res 巻: 56 ページ: 2286-2296
  • DOI: 10.1194/jlr.M060533
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Metabolomic analysis of the skeletal muscle of mice overexpressing PGC-1α. (2015)
  • 著者名/発表者名: Hatazawa, Y., Senoo, N., Tadaishi, M., Ogawa, Y., Ezaki, O., Kamei, Y., and Miura, S.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 10(6) ページ: e0129084
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0129084
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glycerol 3-phosphate dehydrogenase 1 deficiency enhances exercise capacity due to increased lipid oxidation during strenuous exercise. (2015)
  • 著者名/発表者名: Sato, T., Morita, A., Mori, N., and Miura, S.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 457 ページ: 653-658
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.01.043
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] PGC-1α, a stimuli-inducible nuclear receptor coactivator: structural features and role in skeletal muscle metabolism gene regulation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kamei, Y., Hatazawa, Y., Yoshimura, R., and Miura, S.
  • 雑誌名: RNA and Transcription 巻: 1 ページ: 6-9
  • 査読あり
• [学会発表] 骨格筋PGC-1αによる代謝調節 (2016)
  • 著者名/発表者名: 三浦進司、妹尾奈波、畑澤幸乃、只石幹、亀井康富、江崎治
  • 学会等名: 日本薬学会第136年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 運動トレーニングによる骨格筋中リン脂質分子種の変化へのPGC-1αの関与 (2015)
  • 著者名/発表者名: 妹尾奈波、三好規之、守田昭仁、亀井康富、三浦進司
  • 学会等名: 第７０回日本体力医学会大会
  • 発表場所: 和歌山
  • 年月日: 2015-09-19
• [学会発表] 骨格筋におけるエネルギー代謝制御研究の新展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 三浦進司
  • 学会等名: 第68回日本栄養・食糧学会中部支部大会
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 2015-07-18
  • 招待講演
• [学会発表] PGC-1 alpha mediated changes of phospholipids profile in exercise trained skeletal muscle (2015)
  • 著者名/発表者名: Senoo, N., Miyoshi, N., Goto-Inoue, N., Morita, A., Sawada, N., Matsuda, J., Ogawa, Y., Setou, M., Kamei, Y., and Miura, S.
  • 学会等名: Cell Symposia: Exercise Metabolism
  • 発表場所: Amsterdam
  • 年月日: 2015-07-12 – 2015-07-14
  • 国際学会
• [備考] 運動トレーニングによる骨格筋中リン脂質分子種の変化へのPGC-1αの関与
  • URL: http://dfns.u-shizuoka-ken.ac.jp/labs/nutrbioc/index3.html/Research9.html