骨格筋の発育抑制や障害からの回復・再生における遺伝子及びタンパク質発現の解明

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15200049
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 大平 充宣 大阪大学, 医学系研究科, 教授 (50185378)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河野 史倫 大阪大学, 医学系研究科, 助手 (90346156) ; 大海 忍 東京大学, 医科学研究所, 助教授 (20160046)
• Keywords: 骨格筋 / 免疫機能 / プロテオーム / 再生

Research Abstract

長期間の後肢懸垂に起因した発育抑制または萎縮、それにカルディオトキシン注入による損傷からのラットまたはマウス後肢筋の回復・再生機構およびそれに関与する遺伝子およびタンパク質発現等を追求した。その結果、発育に伴う筋線維数の増加には影響は認められなかったが、筋線維横断面積の増大および遅筋化は後肢懸垂により顕著に抑制された。一般的にこのような抑制はその後のケージ内飼育により回復した。ところが、抗重力活動の有無に応じて特異的に変化した遺伝子およびタンパク質発現パターンには、必ずしも一致は見られなかった。たとえば、後肢懸垂により、発育に伴う遅筋型のタイプ1ミオシン重鎖(MHC)タンパク質発現の増加が抑制されるとともに、速筋型のタイプIIaおよびIIx MHC発現の減少が抑制された。このような現象はその後のケージ内飼育によって回復したが、タイプIMHC遺伝子発現は常に一定で、発育に伴い減少するタイプIIa MHC遺伝子の発現は、後肢懸垂でむしろ増大する傾向にあった。遺伝子発現とは直接関係せず、機械的負荷に応じたタンパク質合成が刺激されたことが明らかである。また、萎縮の誘発には機械的負荷の減少に起因した衛星細胞の低下が中心的な要因となっていることも明らかとなった。衛星細胞数の減少や不活化は、筋核数の減少をもたらし、結果的に核におけるタンパク質合成が抑制されるため、萎縮が誘発されることになる。回復期には逆に衛星細胞数の増加により、逆の現象が起こることも分かった。ところが、マクロファージ機能不全のop/opマウスでは衛星細胞の増加が起こらず、萎縮の回復も見られなかった。損傷筋の再生に重要な役割を果たす衛星細胞の活性化は、温熱刺激や炎症性サイトカインであるinterleukin-6の受容体阻害等により刺激されるという示唆も得られた。

Research Products

• [Journal Article] Heat-stress facilitates the regeneration of injured skeletal muscle in rats. (2007)
  • Author(s): Kojima, A., K.Goto, S.Morioka, T.Naito, T.Akema, H.Fujiya, T.Sugiura, Y.Ohira, M.Beppu, H.Aoki, T.Yoshioka.
  • Journal Title: J.Orthopaed.Sci. 12 Pages: 74-82
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] Role of macrophage function in regeneration of soleus muscle fibers in op/op mice. (2006)
  • Author(s): Wang, X.D., F.Kawano, Y.Matsuoka, M.Terada, H.Yamamoto, T.Ito, K.Goto, Y.B.Lan, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 77-78
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] Effects of tenotomy and/or denervation on the characteristics of plantaris muscle fibers of mdx mice. (2006)
  • Author(s): Higo, Y., M.Terada, S.Umemoto, N.Kawabe, F.Kawano, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 87-88
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] Change of bone mineral and morphology in growing rat leg bone after hindlimb unloading. (2006)
  • Author(s): Majima, H.J., Y.Iwashita, A.Higashibata, N.Ishioka, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 91-92
  • Description: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [Journal Article] Mechanical load-dependent regulation of satellite cell and fiber size in rat soleus muscle. (2006)
  • Author(s): Wang, X.D., F.Kawano, Y.Matsuoka, K.Fukunaga, M.Terada, M.Sudoh, A., Ishihara, Y.Ohira.
  • Journal Title: Am.J.Physiol.Cell Physiol. 290 Pages: C981-C989
• [Journal Article] Irreversible morphological changes in leg bone following chronic gravitational unloading of growing rats. (2006)
  • Author(s): Ohira, Y., F.Kawano, X.D.Wang, M.Sudoh, Y.Iwashita, H.J.Majima, I.Nonaka.
  • Journal Title: Life Sci. 79 Pages: 686-694
• [Journal Article] Leucine-induced activation of translation initiation is partly regulated by the branched-chain α-keto acid dehydrogenase complex in C2C12 cells. (2006)
  • Author(s): Nakai, N., Y.Shimomura, T.Tamura, N.Tamura, K.Hamada, F.Kawano, Y.Ohira.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. 343 Pages: 1244-1250
• [Journal Article] The role of neural and mechanical influences in maintaining normal fast and slow muscle properties. (2006)
  • Author(s): Ohira, Y., T.Yoshinaga, M.Ohara F.Kawano, X.D.Wang, Y.Higo, M.Terada, Y.Matsuoka, R.R.Roy, V.R.Edgerton.
  • Journal Title: Cells Tissues Organs 182 Pages: 129-142
• [Journal Article] Comparison of cell body size and oxidative enzyme activity in motoneurons between the cervical and lumber segments in the rat spinal cord after spaceflight and recovery. (2006)
  • Author(s): Ishihara, A., J.Yamashiro, A.Matsumoto, A.Higashibata, N.Ishioka, T.shimazu, Y.Ohira.
  • Journal Title: Neurochem.Res. 31 Pages: 411-415
• [Journal Article] Comparison of cell body size and oxidative enzyme activity in motoneurons between the cervical and lumber segments in the spinal cord after spaceflight and recovery. (2006)
  • Author(s): Matsumoto, A., F.Kawano, A.Higashibata, N.Ishioka, T.Shimazu, Y.Ohira, A.Ishihara.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 11-12
• [Journal Article] Effects of acute exposure to microgravity or hypergravity environment on motor control of arm in human. (2006)
  • Author(s): Terada, M., F.kawano, X.D.Wang, Y.Matsuoka, T.Ochiai, H.Inada, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 33-34
• [Journal Article] Responses of adductor longus muscle to hindlimb suspension in Wistar Hannover rats. (2006)
  • Author(s): Ohira, T., S.Morikuni, X.D.Wang, M.Terada, F.Kawano, Y.Matsuoka, Y.Higo, Y.B.Lan, T.Seki, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 79-80
• [Journal Article] Role(s) of macrophage in the plasticity of plantaris muscle fibers in op/op mice. (2006)
  • Author(s): Morikuni, S., T.Ohira, X.D.Wang, M.Terada, F.Kawano, Y.Matsuoka, Y.B.Lan, H.Yamamoto, T.Ito, T.Seki, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 81-82
• [Journal Article] Blockade of interleukin-6 signaling pathway promotes muscle cell differentiation. (2006)
  • Author(s): Matsuoka, Y., F.Kawano, X.D.Wang, M.Terada, Y.Higo, Y.B.Lan, A.Ogura, N.Nishimoto, Y.Adachi, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 83-84
• [Journal Article] Mechanical stress-dependent transformation of nucleoli in myonuclei of rat soleus muscle fibers. (2006)
  • Author(s): Kawano, F., Y.Matsuoka, Y.Oke, Y.Higo, M.Terada, X.D.Wang, Y.B.Lan, N.Nakai, Y.Ohira.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol 13 Pages: 85-86
• [Journal Article] Role(s) of gravitational loading on the transcription regulation of gene expression in rat brown adipose tissue during growing period. (2006)
  • Author(s): Ohira, Y., S.Watanabe, Y.Hitomi, F.Kawano, T.Kizaki, N.Nakano, T.Sakurai, T.Izawa, K.Suzuki, M.Sudoh, R.R.Roy.
  • Journal Title: J.Gravit.Physiol. 13 Pages: 151-152
• [Journal Article] Transcription regulation of gene expression in rat brown adipose tissue in response to unloading or 2G loading during growing period.
  • Author(s): Watanabe, S., Y.Hitomi, F.Kawano, Y.Ohira, T.Kizaki, N.Nakano, T.Sakurai, T.Izawa, K.Suzuki, M.Sudoh, R.R.Roy, H.Ohno.
  • Journal Title: Acta Astronautica (in press)
• [Journal Article] Effects of hyperbaric exposure with oxygen concentration on the physical activity of developing rats.
  • Author(s): Matsumoto, A., T.Okura, F.Morimatsu, Y.Ohira, A.Ishihara.
  • Journal Title: Dev.Neurosci. (in press)
• [Journal Article] Role(s) of nucleoli, phosphorylation of ribosomal protein S6 and/or HSP27 in the regulation of muscle mass.
  • Author(s): Kawano, F., Y.Matsuoka, Y.Oke, Y.Higo, M.Terada, X.D.Wang, N.Nakai, H.Fukuda, S.Imajoh-Ohmi, Y.Ohira.
  • Journal Title: Am.J.Physiol.Cell Physiol. (in press)
• [Journal Article] Effects of mechanical and neural stimuli on the properties of soleus muscle fibers in mdx mice.
  • Author(s): Lan, Y.B., M.Terada, Y.Higo, F.Kawano, Y.Matsuoka, X.D.Wang, N.Nakai, Y.Ohira.
  • Journal Title: Jpn.J.Aerosp.Environ.Med. (in press)
• [Journal Article] Investigation of the mechanism responsible for muscle atrophy and countermeasures in microgravity environment : Role(s) of mechanical load and/or satellite cells.
  • Author(s): Ohira, Y., X.D.Wang, F.Kawano, M.Terada, Y.Matsuoka, Y.Higo, T.Ohira, A.Kojima, K.Goto, T.Yoshioka.
  • Journal Title: Proceeding for the International Symposium on Space Medicine, Sapporo. (in press)
• [Book] 生産と技術58(3) 微少重力環境への神経・筋の適応 (2006)
  • Author(s): 大平 充宣
  • Total Pages: 4
• [Book] 現代 老年精神医療。 第一部.老化過程と高齢者4.身体の老化 身体能力の老化
  • Author(s): 後藤 勝正, 大平 充宣
  • Publisher: (仮称)(印刷中)
• [Book] 体力とは何か?宇宙飛行士
  • Author(s): 大平 充宣
  • Publisher: ナップ(印刷中)
• [Book] 運動療法実践ガイド。血液 : 一過性の運動に対する反応。
  • Author(s): 大平 充宣
  • Publisher: (印刷中)
• [Book] 宇宙。「環境生理学」。
  • Author(s): 大平充宣, 関口千春, 石井正則, 石原昭彦
  • Publisher: 北海道大学図書刊行会(印刷中)