2015 Fiscal Year Annual Research Report
心筋細胞のT管膜維持機構の解明：T管膜局所Ca2+管理機構の分子基盤と生理的意義
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26702014
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| Research Institution | Kawasaki Medical School |
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Principal Investigator |
氏原 嘉洋 川崎医科大学, 医学部, 助教 (80610021)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 細胞バイオメカニクス / リモデリング / T管 / Ca2+ / 心筋細胞 / メカニカルストレス / 心不全 / NCX1 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
心筋細胞は生涯にわたって収縮・弛緩を繰り返し、心臓の血液ポンプ機能を支えている。心筋細胞は、生後まもなく分裂能を失い、特殊微細構造を発達させて収縮・弛緩に特化する。形質膜の陥入構造であるT管膜は、細胞内に敷き詰められた一つ一つの収縮装置の間隔に沿うように、細胞内Ca2+ストアである筋小胞体と共に規則正しく配置されている。このような構造的特徴は、心筋細胞の機能と高い相関がある。不全心筋細胞では、T管膜構造が崩壊している様子が報告されており、これが収縮能低下の引き金であると考えられているが、T管膜構造崩壊のメカニズムの詳細は不明である。本研究では、心筋細胞に備わるT管膜構造の維持機構のメカニズムの解明を目的としている。
本年度は、単離した心筋細胞の細胞膜を膜電位感受性色素を用いて可視化し、得られた画像を周波数解析することで、心不全進行過程におけるT管膜のリモデリングを解析した。昨年度から行ってきたT管膜構造の観察・解析方法を改良したことで、T管膜の変化を定量的に評価することが可能になった。得られた定量データとタンパク質の発現量・局在の変化を関連づけたところ、T管膜構造の崩壊にCa2+輸送体であるNa+/Ca2+交換体(NCX1)が密接に関わっているという実験的証拠を得た。大動脈縮窄手術による圧力負荷モデルに加えて、甲状腺ホルモンなどの液性因子を過剰量投与して心不全を誘導したモデルにおいても、NCX1の局在が乱れることを確認した。微細構造の発達過程を明らかにするために、新生児から単離した心筋細胞を培養し、細胞の成熟過程を経時的に解析した。生理的に肥大し、微細構造やCa2+ハンドリング能力が発達した心筋細胞では、NCX1の形質膜への局在が観察された。今後は、NCX1を薬剤依存的・心筋特異的に強制発現可能な遺伝子改変マウスを用いて研究を進めていく予定である。
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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
当初の予定通り、大動脈縮窄手術によりマウスの左心室に過大な圧力負荷を与えることで誘導した心不全モデルに加え、イソプロテレノールや甲状腺ホルモンを過剰に投与して誘導した心不全モデルについても解析を行った。さらに、遺伝子改変マウスを用いた研究も順調に進んでいる。T管膜の構造を定量的に解析することで、心不全進行過程におけるT管膜構造と細胞内Ca2+の関係性を調べることが出来た。細胞力学試験装置の開発が当初予定していたよりもやや遅れているものの、計算シミュレーションを用いた条件検討は予想以上に進展しており、全体としてはおおむね順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
Ca2+トランスポーターであるNCX1をドキシサイクリン濃度依存的に発現させることが可能な遺伝子改変マウスを用いた実験を進め、細胞内Ca2+とT管膜構造の関係を定量的に調べていく。このとき、T管膜に局在している構造タンパク質の発現量や局在の変化に注目する。得られた結果については積極的に学会で発表するとともに学術論文としてまとめ、投稿する。
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| Causes of Carryover |
細胞および細胞構成要素に対して、定量的に変形を加えることが可能な力学試験装置の完成が遅れたこと、研究を効率的に推進したことにより消耗品の購入を抑制できたことが次年度の使用額が生じた理由である。加えて、当初予定していた国際学会を国内学会に変更したこと、研究成果を掲載された学術論文雑誌の掲載料、別刷り代が予算計上よりも安価となったことも理由としてあげられる。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成28年度請求額とあわせ、交付申請書に記載した内容に沿って消耗品等物品や力学試験装置に必要なピエゾアクチュエーターやコントローラーなどを購入する。
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