Mechano-nutrition-signaling for disuse muscle atrophy

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H04054
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 二川 健 徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(医学域), 教授 (20263824)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 曽我部 正博 名古屋大学, 医学系研究科, 研究員 (10093428) ; 東谷 篤志 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (40212162) ; 小林 剛 名古屋大学, 医学系研究科, 講師 (40402565) ; 平坂 勝也 長崎大学, 海洋未来イノベーション機構, 准教授 (70432747)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: MAM / 酸化ストレス / アコニターゼ

Outline of Annual Research Achievements

“なぜ運動しないと代謝異常を引き起こすのであろうか。”我々は、筋が活動していないことを感知する機序と代謝異常を感知する機序には共通する部分があるのではないかと考えた。近年、我々は、無重力や寝たきりによる筋萎縮(廃用性筋萎縮)では、筋細胞内に蓄積した酸化ストレスが、ミトコンドリア関連小胞体膜(Mitochondria-associated ER membrane：MAM)構造を破綻させ、萎縮を誘導する可能性を示した。そこで、本研究では、Sol8筋管細胞を模擬微小重力環境(クリノローテーション)にさらし、酸化ストレスがアコニターゼ活性におよぼす影響について調べた。また、抗酸化剤であるN-acetylcysteine（NAC）を用いて、筋萎縮の抑制実験を行った。クリノローテーションは、アコニターゼ活性を阻害するとともに、Atrogin-1やMuRF-1といったユビキチン・プロテアソーム系タンパク質分解経路を亢進させた。NAC処理は、この阻害されたアコニターゼ活性を回復し、ユビキチン・プロテアソーム系タンパク質分解経路を抑制した。さらに、NAC処理群は、クリノローテーションで増加するミトコンドリアの分裂に関与するP-DRP1の上昇を抑制した。これらのことから、マウスに2週間の尾部懸垂を用いた後肢免荷による筋萎縮を誘導した。さらに、筋委縮誘導中に0.3％のNAC希釈液を飲水させ、筋委縮の抑制効果を調べた。結果として、後肢免荷中にNAC希釈液を飲水したマウス群は、水を飲水した群と比較して、有意に筋委縮が抑制された。また、筋肉中のアコニターゼ活性が後肢免荷により低下するのに対し、NAC希釈液飲水群では、アコニターゼ活性の阻害が抑制された。TCA回路のアコニターゼは、廃用性筋委縮によって誘導される酸化ストレスのターゲット酵素の可能性が高いと考えられた。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Suppressive effects of processed aconite root on dexamethasone-induced muscle ring finger protein-1 expression and its active ingredients. (2022)
  • Author(s): Kondo T, Ishida T, Ye K, Muraguchi M, Tanimura Y, Yoshida M, Ishiuchi K, Abe T, Nikawa T, Hagihara K, Hayashi H, Makino T.
  • Journal Title: J Nat Med. Volume: - Pages: -
  • DOI: 10.1007/s11418-022-01606-5.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] All-trans retinoic acid changes muscle fiber type via increasing GADD34 dependent on MAPK signal. (2022)
  • Author(s): Adachi Y, Masuda M, Sakakibara I, Uchida T, Niida Y, Mori Y, Kamei Y, Okumura Y, Ohminami H, Ohnishi K, Yamanaka-Okumura H, Nikawa T, Taketani Y.
  • Journal Title: Life Sci Alliance. Volume: 22 Pages: e202101345
  • DOI: 10.26508/lsa.202101345.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] MuRF1 deficiency prevents age-related fat weight gain, possibly through accumulation of PDK4 in skeletal muscle mitochondria in older mice. (2022)
  • Author(s): Sugiura K, Hirasaka K, Maeda T, Uchida T, Kishimoto K, Oarada M, Labeit S,Ulla A, Sakakibara I, Nakao R, Sairyo K, Nikawa T.
  • Journal Title: J Orthop Res Volume: 40 Pages: 1026-1038
  • DOI: 10.1002/jor.25131.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Additional effects of simultaneous treatment with C14-Cblin and celastrol on the clinorotation-induced rat L6 myotube atrophy. (2022)
  • Author(s): Kanako Kitahata, Takayuki Uchida, Runa Taniguchi, Ayano Kato1, Kosuke Sugiura, Iori Sakakibara, Motoko Oarada, Toko Hashizume, Akira Higashibata, Tomoya Fukawa, Park Junsoon, Choi Inho, Takeshi Nikawa,
  • Journal Title: The Journal of Medical Investigation, Volume: 69 Pages: 127-134
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] rystal structure of inhibitor-bound human MSPL that can activate high pathogenic avian influenza. (2021)
  • Author(s): Ohno A, Maita N, Tabata T, Nagano H, Arita K, Ariyoshi M, Uchida T, Nakao R, Anayt U, Sugiura K, Kishimoto K, Teshima-Kondo S, Okumura Y, Nikawa T.
  • Journal Title: Life Sciece Alliance Volume: 4 Pages: e202000849
  • DOI: 10.26508/lsa.202000849.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Morin attenuates dexamethasone-mediated oxidative stress and atrophy in mouse C2C12 skeletal myotubes. (2021)
  • Author(s): Ulla A, Uchida T, Miki Y, Sugiura K, Higashitani A, Kobayashi T, Ohno A, Nakao R, Hirasaka K, Sakakibara I, Nikawa T.
  • Journal Title: Archives of Biochemistry and Biophysics Volume: 704 Pages: 108873-108881
  • DOI: 10.1016/j.abb.2021.108873.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oral intake of rice overexpressing ubiquitin ligase inhibitory pentapeptide prevents atrophy in denervated skeletal muscle. (2021)
  • Author(s): Nakao R, Shen W, Shimajiri Y, Kainou K, Sato Y, Anayt U, Ohnishi K, Ninomiya M, Ohno A, Uchida T, Tanaka M, Akama K, Matsui T, Nikawa T.
  • Journal Title: Npj Science of Food Volume: 5 Pages: 25-34
  • DOI: 10.1038/s41538-021-00108-0.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Findings from recent studies by the Japan Aerospace Exploration Agency examining musculoskeletal atrophy in space and on Earth. (2021)
  • Author(s): Furukawa S, Chatani M, Higashitani A, Higashibata A, Kawano F, Nikawa T,Numaga-Tomita T, Ogura T, Sato F, Sehara-Fujisawa A, Shinohara M, Shimazu T, Takahashi S, Watanabe-Takano H
  • Journal Title: NPJ Microgravity. Volume: 7 Pages: 18-27
  • DOI: 10.1038/s41526-021-00145-9.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A. Functional rice with tandemly repeated Cbl-b ubiquitin ligase inhibitory pentapeptide prevents denervation-induced muscle atrophy in vivo. (2021)
  • Author(s): Akama K, Shimajiri Y, Kainou K, Iwasaki R, Nakao R, Nikawa T, Nishikawa
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 85 Pages: 1415-1421
  • DOI: 10.1093/bbb/zbab059.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dietary Sodium Nitrite Causes Similar Modifications to Splenic Inflammatory Gene Expression as a High-Fat Diet. (2021)
  • Author(s): Oarada M, Okumura Y, Hirasaka K, Sugiura K, Tachibana N, Tsurusaki Y, Nikawa T.
  • Journal Title: J Nutr Sci Vitaminol (Tokyo). Volume: 67 Pages: 404-416
  • DOI: 10.3177/jnsv.67.404
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Polyphenols and Their Effects on Muscle Atrophy and Muscle Health. (2021)
  • Author(s): Nikawa T, Ulla A, Sakakibara I.
  • Journal Title: Molecules. Volume: 26 Pages: 4887-4918
  • DOI: 10.3390/molecules26164887.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overexpressed osteoactivin reduced osteoclastic callus resorption during distraction osteogenesis in mice (2021)
  • Author(s): Yukata K, Nikawa T, Takahashi M, Yasui N.
  • Journal Title: J Pediatr Orthop B . Volume: 30 Pages: 500-506
  • DOI: 10.1097/BPB.0000000000000789.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Astaxanthin Prevents Atrophy in Slow Muscle Fibers by Inhibiting Mitochondrial Reactive Oxygen Species via a Mitochondria-Mediated Apoptosis Pathway. (2021)
  • Author(s): Sun L, Miyaji N, Yang M, Mills EM, Taniyama S, Uchida T, Nikawa T, Li J, Shi J, Tachibana K, Hirasaka K.
  • Journal Title: Nutrients. Volume: 13 Pages: 379-395
  • DOI: 10.3390/nu13020379.
• [Journal Article] Chocolate as a food matrix reduces the bioavailability of galloylated catechins from green tea in healthy women. (2021)
  • Author(s): Mukai R, Fukuda T, Ohnishi A, Nikawa T, Furusawa M, Terao J.
  • Journal Title: Food Funct. Volume: 12 Pages: 408-416
  • DOI: 10.1039/d0fo02485f.
• [Presentation] Relevance of Protein Nutrition on the Moon, Joint Symposium (2022)
  • Author(s): Takeshi Nikawa
  • Organizer: 33rd ISTS
  • Invited
• [Presentation] 二川健、無重力による筋萎縮の分子メカニズムとその栄養学的予防法 (2021)
  • Author(s): 二川 健
  • Organizer: 第64回日本糖尿病学会年次学術集会
  • Invited
• [Presentation] 寝たきりや無重力による筋萎縮に有効な機能性食材の開発 (2021)
  • Author(s): 二川 健
  • Organizer: 第62回日本食生活学会
  • Invited
• [Presentation] 有人宇宙活動を支える機能性宇宙食材の食料自給システムの確立 (2021)
  • Author(s): 二川 健
  • Organizer: 日本地球惑星科学連合2021年大会
  • Invited
• [Presentation] 安全・安心の長期宇宙滞在を支援する機能性宇宙食の開発 (2021)
  • Author(s): 二川 健
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会第35回大会
  • Invited
• [Presentation] 安全・安心な長期宇宙滞在を実現するための「食」戦略 (2021)
  • Author(s): 二川 健
  • Organizer: 本マイクログラビティ応用学会 第33回学術講演会
  • Invited
• [Book] 実験医学増刊号「健康寿命の鍵を握る骨格筋」 (2022)
  • Author(s): 高田実穂、榊原伊織、二川健,
  • Total Pages: 200
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 寝たきりや無重力による筋萎縮に有効な機能性食材の開発 (2021)
  • Author(s): 福島拓 榊原伊織、二川健
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 日本食生活学会
• [Book] 週刊医学のあゆみ：日本の有人宇宙開発と宇宙生物科学研究 (2021)
  • Author(s): 二川 健
  • Total Pages: 100
  • Publisher: 医歯薬出版