Multi-hierarchical analysis of the role of TRPM4 subfamily members in cardiac atrial arrhythmogenicity

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H04678
• Research Institution: Fukuoka University
• Principal Investigator: 井上 隆司 福岡大学, 医学部, 教授 (30232573)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 沼田 朋大 福岡大学, 医学部, 講師 (20455223) ; 朱 欣 会津大学, コンピュータ理工学部, 上級准教授 (70448645)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 不整脈 / 生体ストレス / 心房リモデリング / 多階層シミュレーション / システム生理学

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではTRPM4、TRPM7チャネルと心リモデリングに関連した不整脈の病態形成機序を解明することを目的として、ストレス応答分子TRPMチャネルに着目した解析を行っている。
平成29年度は、（１）不死化心房筋細胞株HL-1とマウス心房から単離した心線維芽細胞の共培養二次元拍動シートのデータを忠実に再現する2D興奮伝播モデルを構築するため、Oxford大学から提供されているシミュレーションパッケージCHASTEを利用して、異なる細胞興奮数理モデルを自由に編集でき組み合わせることが可能な枠組みを構築した。これを用いて、TRPM4の発現増加や遺伝子変異による活性変化（下述）が興奮伝播速度やリエントリ－によるスパイラルウェーブの生成・消滅に影響を与えることを確認した。（２）TRPM4チャネルの催不整脈性機能亢進型変異であるE7K変異体の電位及Ca濃度変化に依存したゲーティングキネティクスの詳細な電気生理学的解析を行った。E7K変異体では、野生型に比べて、開状態→閉状態の遷移速度が増加し、閉状態→開状態の遷移速度が著しく減少していることを、実験・シミュレーションの両方で初めて実証した。また、E7K変異体のゲーティング変化を反映した細胞興奮モデル（単一心筋細胞活動電位モデル）を作成し、これを上述の2D興奮伝播モデルに導入することによって、上述の結果を得た。
これらの成果は、第９５回日本生理学会公募シンポジウム等で発表した。現在、論文として投稿する準備を進めている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

心房線維芽細胞と心房筋細胞HL-1の二次元拍動シートの実験データを、互換性のある2次元興奮伝播モデルで再現する理論的枠組みが構築できた。

Strategy for Future Research Activity

H29年度の成果を更に発展させ、最終年度としてのゴールに到達するため、以下の計画を進める。（１）心房線維芽細胞の電気生理学的数理モデルの精緻化を図る。特に、リモデリング時のTRPM7チャネルの寄与について精査する。（井上・沼田・胡）（２）2次元数理モデルの精緻化と平行して、3D全心房モデルの開発に着手する（朱）。（３）上記のモデル構築に必要十分な形態・構造データベースを各種の形態学的測定によって作成する（倉原・市川）。得られた結果は、適宜、日本生理学会地方会・年会等の学会で発表し、今後の研究の完成に資するための討議と情報交換を行う。また、これまでの成果を学術論文としてまとめる。

連携研究者
胡耀鵬（福岡大学・医・生理）：培養および単離心筋・線維芽細胞の電気生理学的解析
市川純・倉原琳（福岡大学・医・生理）：心房構成細胞の生化学的・形態学的解析

Research Products

• [Journal Article] Activation of myofibroblast TRPA1 by steroids and pirfenidone ameliorates fibrosis in experimental Crohn's disease. (2017)
  • Author(s): Lin Hai Kurahara, Keizo Hiraishi, Yaopeng Hu, Kaori Koga, Miki Onitsuka, Mayumi Doi, Kunihiko Aoyagi, Hidetoshi Takedatsu, Daibo Kojima, Yoshitaka Fujihara, Yuwen Jian, Ryuji Inoue
  • Journal Title: Cellular and Molecular Gastroenterology and Hepatology Volume: 5(3) Pages: 299-318
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcmgh.2017.12.005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strategy to Attain Remarkably High Photoinduced Charge-Separation Yield of Donor－Acceptor Linked Molecules in Biological Environment via Modulating Their Cationic Moieties. (2017)
  • Author(s): Ning Cai, Yuta Takano, Tomohiro Numata, Ryuji Inoue, Yasuo Mori, Tatsuya Murakami, and Hiroshi Imahori
  • Journal Title: Physical Chemistry Volume: 121 Pages: 17457-17465
  • DOI: 10.1021/acs.jpcc.7b04466
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Integrative approach with electrophysiological and theoretical methods reveals a new role of S4 positively charged residues in PKD2L1 channel voltage-sensing. (2017)
  • Author(s): Tomohiro Numata, Kunichika Tsumoto, Kazunori Yamada, Tatsuki Kurokawa, Shinichi Hirose, Hideki Nomura, Mitsuhiro Kawano, Yoshihisa Kurachi, Ryuji Inoue, Yasuo Mori.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7:9760 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10357-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Uncovering the arrhythmogenic potential of TRPM4 activation in atrial-derived HL-1 cells using novel recording and numerical approaches. (2017)
  • Author(s): Yaopeng Hu, Yubin Duan, Ayako Takeuchi, Lin Hai-Kurahara, Jun Ichikawa, Keizo Hiraishi, Tomohiro Numata, Hiroki Ohara, Gentaro Iribe, Michio Nakaya, Masayuki X. Mori, Satoshi Matsuoka, Genshan Ma, Ryuji Inoue
  • Journal Title: Cardiovascular Research Volume: 113 Pages: 1243-1255
  • DOI: https://doi.org/10.1093/cvr/cvx117
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mechano-sensitivity of mitochondrial function in mouse cardiac myocytes. (2017)
  • Author(s): Gentaro Iribe, Keiko Kaihara, Yohei Yamaguchi, Michio Nakaya, Ryuji Inoue, Keiji Naruse.
  • Journal Title: Progress in Biophysics and Molecular Biology Volume: 130 Pages: 315-322
  • DOI: 10.1016/j.pbiomolbio.2017.05.015
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cardiac myofibroblast engulfment of dead cells facilitates recovery after myocardial infarction. (2017)
  • Author(s): Michio Nakaya, Kenji Watari, Mitsuru Tajima, Takeo Nakaya, Shoichi Matsuda, Hiroki Ohara, Hiroaki Nishihara, Hiroshi Yamaguchi, Akiko Hashimoto, Mitsuho Nishida, Akiomi Nagasaka, Gentaro Iribe, Ryuji Inoue, Makoto Tsuda, Kazuhide Inoue, Akira Tanaka, Masahiko Kuroda, Shigekazu Nagata, Hitoshi Kurose.
  • Journal Title: Journal of Clinical Investigation Volume: 127(1) Pages: 383-401
  • DOI: 10.1172/JCI83822.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] TRPA1 channel agonists protect against intestinal inflammation and fibrosis. (2018)
  • Author(s): Kurahara Hai Lin, Hiraishi Keizo, Hu Yaopeng, Doi Mayumi, Koga Kaori, Onitsuka Miki, Inoue Ryuji.
  • Organizer: Symposium 8. The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan. 28 March 2018, Takamatsu Tower Hall, Japan.
• [Presentation] Integrative approach with electrophysiological and theoretical methods reveals an unusual voltage sensing mechanism in PKD2L1 channel. (2018)
  • Author(s): Numata Tomohiro, Inoue Ryuji.
  • Organizer: Symposium 21. The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan. 30 March 2018. Takamatsu Tower Hall, Japan.
• [Presentation] Multi-hierarchical analysis of TRPM4 arrhythmogenicity by experimental and numerical approaches. (2018)
  • Author(s): Hu Yaopeng, Shen Yanghua, Kurahara Lin, Hiraishi Keizo, Ichikawa Jun, Numata Tomohiro, Okamura Yasushi, Zhu Xin, Inoue Ryuji.
  • Organizer: Symposium 21. The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan. 30 March 2018. Takamatsu Tower Hall, Japan.
• [Presentation] Microarray analysis of electrically-modulated molecules that regulate bone marrow stromal cell (BMSC) proliferation. (2018)
  • Author(s): Ichikawa Jun, Inoue Ryuji.
  • Organizer: 1P-063. The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan. 28 March 2018, Takamatsu Tower Hall, Japan.
• [Presentation] Properties and roles of flufenamate-sensitive ion channels stimulated by hyperosmolality in vasopressin neurons. (2018)
  • Author(s): Sato-Numata Kaori, Numata Tomohiro, Ueta Yoichi, Inoue Ryuji, Okada Yasunobu
  • Organizer: 3P-068. The 95th Annual Meeting of the Physiological Society of Japan. 30 March 2018, Takamatsu Tower Hall, Japan.
• [Presentation] Contribution of tyrosine kinase FYN to vascular remodeling in pulmonary arterial hypertension. (2018)
  • Author(s): Hiraishi Keizo, Kurahara Lin, Zhang Ying, Yamamura Aya, Kishi Hiroko, Kobayashi Sei, Koga Kaori, Onitsuka Miki, Inoue Ryuji.
  • Organizer: 3P-160. 30 March 2018, Takamatsu Tower Hall, Japan.
• [Presentation] TRPチャネル活性化機構の数理モデル解析 (2017)
  • Author(s): 井上隆司
  • Organizer: 生理学研究所 研究会2017 「心臓・血管系の頑健性と精緻な制御を支える分子基盤の統合的解明」
  • Invited