Role of skeletal muscle AMPK in exercise-induced enhancement of brain functions

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 22K19750
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 59:Sports sciences, physical education, health sciences, and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Hayashi Tatsuya 京都大学, 人間・環境学研究科, 教授 (00314211)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江川 達郎 京都大学, 人間・環境学研究科, 助教 (00722331) ; 横川 拓海 京都大学, 農学研究科, 助教 (80844323)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Keywords: 運動 / 骨格筋 / 脳 / 臓器連関 / AMPキナーゼ

Outline of Final Research Achievements

In the present study, behavioral analyses (open field test, elevated plus maze test, Y-maze test, Barnes maze test, and forced swim test) were conducted after exercise intervention using wild type and AMPK-DN mice, in which AMPK activity is suppressed specifically in skeletal muscle. The present results indicated that skeletal muscle AMPK is involved in the spontaneous locomotor activity, anxiety-like behavior, and spatial learning. In addition, biochemical analyses revealed that skeletal muscle AMPK regulates the expression of myokines that are involved in the regulation of brain functions, and the expression of growth factors and synaptic molecules in the hippocampus. These results suggest that skeletal muscle AMPK may contribute to the regulation of brain function by regulating myokine expression and hippocampal plasticity.

Free Research Field

運動生理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

運動は、学習能力や情動制御に関与していることが知られているが、その分子機序に関しては未だ不明点が多く残されている。また、骨格筋が学習能力・うつ様行動の調節に関与することが報告されている一方、不安様行動に対する骨格筋の寄与は不明であった。本研究では、骨格筋AMPKが運動の抗不安効果ならびに海馬の遺伝子発現調節に関与している可能性が示された。したがって、本研究成果は、運動による脳機能亢進の新規分子機序を示すとともに、骨格筋による不安様行動調節の可能性を示唆した点で学術的意義を有する。本研究により得られた基礎的知見は、脳の健康増進を目的とした新規運動療法の確立に寄与することが期待される。