疲労筋の収縮パフォーマンス低下は細胞内水動態の大きな変化を伴う:仮説の検証

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15500459
• Research Institution: Jikei University School of Medicine
• Principal Investigator: 竹森 重 東京慈恵会医科大学, 医学部, 講師 (20179675)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 眞紀 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助手 (30271315) ; 大野 哲生 東京慈恵会医科大学, 医学部, 助手 (30233224) ; 馬詰 良樹 東京慈恵会医科大学, 医学部, 教授 (40056990) ; 竹森 直 筑波大学, 物質工学系, 助教授 (70188225)
• Keywords: 疲労筋 / NMR / 活量 / 水 / 分子動力学 / スチフネス / 筋原線維

Research Abstract

繰り返し収縮による骨格筋疲労が細胞内の可逆的動態変化を伴うという仮説を検証するために、NMR測定、スチフネス測定、分子動力学計算、筋体積測定を進めている。
NMR測定では経神経刺激と張力モニタを可能にする特殊試料管を自作し、繰り返し収縮による骨格筋組織内の水プロトン信号の横緩和経過の変化を調べた。その結果、収縮によって細胞内水の速い横緩和成分群(T_2<30ms)の分布が変わることが明らかになった。この変化は筋タンパクの機能状態と細胞内外の浸透圧環境変化を反映するものと考え、スチフネス測定による確認を行っている。さらに細胞膜内外にまたがって存在する比較的緩和の遅い成分もまた筋線維の状態をよく反映した。この点についてグリセリン筋とその筋原線維懸濁液との比較対照によって現在その詳細を追求している。
細胞内水について、低分子量のポリエチレングリコールがこれまでの高分子量物質での浸透圧圧縮をはるかに越えた脱水を可能にすることが見いだされ、これまで以上に広い範囲での水分子活量を直接測定する道がひらけた。そこで筋横断面積および筋重量測定と高精度水蒸気圧測定とを組み合わせた測定を行ったところ、NMR横緩和測定で識別されていた各水成分に対応する水分子グループが水の活量係数からも識別可能であることが見いだされた。
NMR測定や水の活量測定が水分子と近傍の高分子物質(主としてタンパク質分子)とのどのような相互作用を反映しているのかを分子動力学計算で検討している。一般的分子動力学計算よりはるかに長時間にわたるシミュレーションが必要になるから計算の丸め誤差の蓄積が深刻であり、高精度計算機と高速並列計算機を並行して走らせている。変異トロポニンの構造動態を十分に水分子をまいた状態で追っており、当該分子の機能的特徴との連関を検索中である。