2017 Fiscal Year Annual Research Report
Understanding of myofiber-type commitment mechanism and its neutritional control based of muscle stem cell biology
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17H03908
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
辰巳 隆一 九州大学, 農学研究院, 准教授 (40250493)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
水野谷 航 九州大学, 農学研究院, 助教 (20404056)
古瀬 充宏 九州大学, 農学研究院, 教授 (30209176)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 食肉生産科学 / 筋細胞生物学 / 筋幹細胞 / 筋線維型制御 / 食品機能学制御 / 細胞膜受容体アゴニスト / 遅筋型筋線維（抗疲労性筋線維） / semaphorin 3A (Sema3A) |
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| Outline of Annual Research Achievements |
動物の出生後の筋成長過程での筋線維型制御に筋幹細胞(衛星細胞)合成・分泌因子semaphorin 3A (Sema3A)が関与しているかを直接的に調べるため、衛星細胞特異的Sema3A-cKOマウスの表現型解析を行った。筋成長期にあたる3週齢でタモキシフェンを腹腔に投与しSema3A発現をcKOした後、成熟期の15週齢まで飼育した。対照区のSema3A-loxPマウスにもタモキシフェンを同様に投与した。
先ず、3週齢のマウスから衛星細胞を単離・培養し幼弱な筋線維を調製した後、筋線維型関連因子のmRNAおよびタンパク質の発現を比較した。Sema3A-cKOにより遅筋型myosin重鎖の発現が有意に低下する一方、速筋型myosin重鎖(IIb)の発現が増加することが認められた。また、Sema3A依存的シグナリング軸を構成すると予想したmyogeninとMEF2Dの発現は低下した。
次に、15週齢で両群から回収した後肢下腿部の筋（ヒフク筋、足底筋、ヒラメ筋）を抗myosin重鎖アイソフォーム抗体で４重蛍光免疫染色し、筋線維型組成（遅筋型・速筋型筋線維(IIa, IIx, IIb)の相対比）を測定した。ヒフク筋の外側部および内側部（遅筋型筋線維が多く存在する領域）の筋線維型組成を比較したところ、Sema3A-cKO群で遅筋型筋線維の割合が有意に低下し、速筋型(IIb型)筋線維が代替的に増加することが認められた。
以上の結果から、筋成長期において、衛星細胞が合成・分泌するSema3Aは遅筋型筋線維の形成を誘導する重要な因子であり、そのシグナリング軸にmyogeninとMEF2Dが関与していることが分かった。一方、足底筋やヒラメ筋では、Sema3A-cKOによって筋線維型組成に有意な変化は観察されなかったことから、３週齢より前の時期でSema3Aがより強く機能していると予想された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
「研究実績の概要」で前述した通り、衛星細胞特異的Sema3A-cKOマウスを用いたin vitroおよびin vivo実験により、筋幹細胞(衛星細胞)が合成・分泌するSema3Aは遅筋型筋線維の形成誘導に関わる鍵因子であることが明確になった。また、筋損傷・再生時と同様に筋成長期においても、Sema3A依存的なシグナリング軸にmyogeninとMEF2Dが関与していることも推測された。更には、このSema3Aリガンドを受容する細胞膜受容体としてneuropilin2-plexinA3複合体を同定した他、そのアゴ二スト活性を有する食品成分としてリンゴ果皮由来のポリフェノールを見出した。従って、初年度に予定した実験計画1, 2, 3の主要な項目は概ね良好に実施されたと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
学術的にインパクトのある大きな成果としてまとめるため、研究データを更に蓄積することが必要と認識している。前述の通り、ヒラメ筋（遅筋型筋線維が優勢な筋）や足底筋でも同様に筋幹細胞(衛星細胞)合成・分泌因子semaphorin 3A (Sema3A) 依存的シグナリング機構によって遅筋型筋線維の形成が誘導されることを実証することにより、この新奇分子機構を更にハイライトする必要がある。このため、３週齢より前の時期（1週齢；これより前の週齢では実験手法上不可能）でSema3A-cKOを行う実験を行い、H29年度と同様に表現型解析を行う予定である。また、食品機能学的な制御に関しては、H29年度でSema3A細胞膜受容体(neuropilin2-plexinA3複合体)のアゴ二スト活性をリンゴ果皮由来のポリフェノールに見出したので、これに含まれる有効単一成分を同定する予定である。更には、Sema3A-cKOマウスにアゴニストを給餌すると対照区と同程度にまで遅筋型筋線維の割合が回復すること、また、野生型マウスに同様に給餌すると遅筋型筋線維の割合が増加し筋持久力が向上するかどうかを調べることも重要である。これらの食品機能学的知見は今後、当該アゴニストを商品化する場合には特に重要なデータとなると考えられる。
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[Journal Article] Apobec2 deficiency causes mitochondrial defects and mitophagy in skeletal muscle2018
Author(s)
Sato Y., Ohtsubo H., Nihei N., Kaneko T., Sato Y., Adachi S.-I., Kondo S., Nakamura M., Mizunoya W., Iida H., Tatsumi R., Rada C., Yoshizawa F.
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Journal Title
FASEB Journal
Volume: 32
Pages: 1428-1439
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] 食品としての油脂が骨格筋の代謝特性に与える影響と筋線維タイプとの関連2018
Author(s)
小宮佑介, 丸山アレクサンデル, 渡辺裕介, 内田直愛, 大津翔平, 小林千亜暉, 横山壱成, 鈴木貴弘, 中村真子, 辰巳隆一, 池内義秀, 水野谷航, 有原圭三
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Journal Title
栄養生理研究会報
Volume: 62
Pages: 9-17
Peer Reviewed
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[Journal Article] Fast-to-slow shift of muscle fiber-type composition by dietary apple polyphenols in rats: impact of the low-dose supplementation2017
Author(s)
Mizunoya W., Okamoto S., Miyahara H., Akahoshi M., Suzuki T., Do M.-K. Q., Ohtsubo H., Komiya Y., Qahar M., Waga T., Nakazato K., Ikeuchi Y., Anderson J. E., Tatsumi R.
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Journal Title
Animal Science Journal
Volume: 88
Pages: 489-499
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Slow-myofiber commitment by semaphorin 3A secreted from myogenic stem cells2017
Author(s)
Tatsumi R., Suzuki T., Do M.-K. Q., Ohya Y., Anderson J. E., Sibata A., Kawaguchi M., Ohya S., Ohtsubo H., Mizunoya W., Sawano S., Komiya Y., Ichitsubo R., Ojima K., Nishimatsu S.-I., Nohno T., Ohsawa Y., Sunada Y., Nakamura M., Furuse M., Ikeuchi Y., Nishimura T., Yagi T., Allen R. E.
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Journal Title
Stem Cells
Volume: 35
Pages: 1815-1834
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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