高輝度放射光回折法による心筋アクチン・ミオシン分子相互作用の心周期内経時解析

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12877116
• Research Institution: Kawasaki Medical School
• Principal Investigator: 辻岡 克彦 川崎医科大学, 医学部, 教授 (30163801)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅 弘之 国立循環器病センター研究所, 所長 (90014117) ; 矢田 豊隆 川崎医科大学, 医学部, 講師 (00210279) ; 奥山 博司 川崎医科大学, 医学部, 講師 (30133333) ; 荒木 淳一 岡山大学, 医学部, 助教授 (80271055) ; 八木 直人 高輝度光科学研究センター, 実験部門, 主席研究員 (80133940)
• Keywords: 放射光 / アクチン / ミオシン / 乳頭筋 / スターリング機構 / 分子立体構造

Research Abstract

心筋収縮がアクチンとミオシン間のクロスブリッジ形成によりATPの化学的エネルギーを力学エネルギーに変換して行われることはよく知られているが、アクチン・ミオシン間の分子的相互作用の収縮弛緩による経時的変化は不明である。兵庫県播磨リサーチパークに、日本原子力研究所と理化学研究所が共同で建設した大型放射光施設(Super Photon Ring 8 GeV:SPring-8)は、平成10年度に稼働を開始したが、世界最大のシンクロトロン放射光施設であり、X線光源としての性質は、高輝度・単色性の2点において、アクチン・ミオシン分子によるX線回折像を連続的に計測可能であり、心筋収縮弛緩の分子メカニズムを経時的に解明できると考えられる。本研究の目的は、SPring-8のBL45狭角散乱光(波長1Å、強度5×10^<11> photon・s^<-1>)を用いて、ラット乳頭筋にX線を照射し、心筋収縮弛緩によるアクチン・ミオシンの立体構造と相互関係の経時的変化を明らかにすることである。本年度では、特に、心筋収縮性増大および減少の分子メカニズムを明らかにすることを目的とした。ラット右室乳頭筋標本による等尺性収縮では、発生張力が心筋長増大により増加するスターリング機構が観察された。この時、X線回折像によりアクチン・ミオシンの間隔は筋長増大により減少すること、すなわちサルコメア長も筋長と同じ変化をすることが示された。さらに、ミオシンからアクチンへの質量の移動量は発生張力と比例していた。以上、筋長増大による発生張力の増加は、分子立体構造において、形成されるクロスブリッジ量に比例することが直接確認された。

Research Products

• [Publications] Yagi N 他8名: "An X-ray diffraction study in rat cardiac muscle"Jpn.J.Physiol.. (in press).
• [Publications] 奥山博司 他8名: "心筋細胞内クロスブリッジの動態"第13回バイオエンジニアリング講演会講演論文集. 00-35. 36-37 (2001)
• [Publications] 八木直人: "X-ray diffraction studies on cross-bridge behavior in cardiac muscle contraction"国立循環器病センターOEC国際シンポジウム抄録集. 27-27 (2001)
• [Publications] 八木直人: "Spring-8を用いた心筋クロスブリッジ動態のミクロ計測"第26回日本微小循環学会総会抄録集. 12-12 (2001)
• [Publications] 奥山博司 他8名: "後負荷短縮中の心筋X線回折"第78回日本生理学会大会発表予定(2001年3月29日).