【研究領域課題番号】20KK0230 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / エクソソーム / microRNA / 運動 / マイクロRNA / トレーニング / 臓器連関

【研究成果の概要】

2年目には、マウスから採取した骨格筋組織を用いたex vivo実験を行い、培養骨格筋から分泌される2年目には、マウスから採取した骨格筋組織を用いたex vivo実験を行い、培養骨格筋から分泌されるエクソソームを対象としたRNAの網羅的な発現解析法を確立した。加齢などにより異常を引き起こした骨格筋ではエクソソーム分泌動態も異常をきたしていることが想定され、分泌異常が様々な病態を引き起こしている可能性があることから、加齢モデルマウスの骨格筋から分泌されるエクソソームを対象として質的な変動解析を行った。4カ月齢の若齢マウスおよび27カ月齢の高齢マウスから採取した培養骨格筋由来のエクソソームのmicroRNAおよびmRNAの差次的発現解析を実施した結果、加齢により発現が増減する特異的なmicroRNA25種類およびmRNA370種類を見出した（第77回日本体力医学会発表発表予定、論文準備中）。KEGG パスウェイ解析により、 加齢により増加するmicroRNAはFatty acid metabolismなどの代謝経路に影響を及ぼすことが示された。
また、これまでに我々は電気刺激による筋収縮負荷がマウス血清エクソソームのmicroRNAの発現プロファイルを変化させることを明らかにしてきた（第76回日本体力医学会発表、論文投稿中）。2年目には、筋収縮刺激により分泌される血清エクソソームが脳神経細胞の機能に影響を及ぼす影響について検証した。マウス胎児海馬由来の初代神経細胞に血清エクソソームを添加することによる mRNA の差次的発現解析を実施した結果、筋収縮負荷のマウス血清エクソソームは 132 種類の mRNA の発現を変化させることを見出した（論文準備中）。また、KEGG パスウェイ解析により、神経細胞の増殖・分化に関連する Hippo シグナル伝達経路に影響を及ぼすことが示された。

【研究種目】国際共同研究加速基金(国際共同研究強化(B))

【研究期間】2020-10-27 - 2024-03-31

【配分額】18,850千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 4,350千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】15H01833 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

翻訳動態 / リボソームプロファイリング / 運動 / 骨格筋 / 老化 / 遺伝子ネットワーク / バイオマーカー / 骨格筋適応 / 共発現遺伝子ネットワーク解析 / ストレス / トレーニング / 網羅的翻訳動態解析 / 機能解析 / マウス / 共発現遺伝子ネットワーク / 翻訳 / 細胞 / マイクロRNA / 網羅的解析

【研究成果の概要】

老化マウスモデルと若齢マウス、早老マウスモデル、そして一過性運動モデルマウスと持久性運動モデルマウスにおいて、次世代シーケンサーを活用して網羅的mRNA発現解析と網羅的翻訳動態解析であるリボソームプロファイリングを行った。これらの解析により得られた変動因子について、リアルタイムPCRとウェスタンブロット法により転写産物とタンパク質量変化をそれぞれ検討した。さらに、骨格筋におけるシステムレベルでのネットワーク変化を捉えるために、共発現遺伝子ネットワーク解析を行い、興味深い遺伝子の新機能の可能性を見出した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】40,820千円 (直接経費: 31,400千円、間接経費: 9,420千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】23500779 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ガス状伝達物質 / 一酸化炭素 / 硫化水素 / ヘムオキシゲナーゼ / パルスオキシメータ / カーボライザー / 呼気ガス / 一酸化窒素 / カルボキシヘモグロビン / heme oxygenase / 運動 / トレーニング

【研究成果の概要】

本研究では、ガス状伝達物質として注目されている一酸化炭素に着目し、運動時における一酸化炭素呼気排出量を計測するとともに、血中の一酸化炭素含量を定量化するための測定法の開発、さらにはマウスを用いて運動・トレーニングによる筋組織におけるヘムオキシゲナーゼ活性の変化について検証することを目的とした。呼気一酸化炭素排出量は、ランプ負荷運動中直線的に増大し、運動終了後速やかに回復することが明らかになった。また、多波長の光源を複合的に用いることにより経皮的に一酸化炭素ヘモグロビン濃度を計測する装置の開発と基礎実験を完了した。さらに、一過性走運動によりマウス腓腹筋のヘムオキシゲナーゼ活性の上昇を確認した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2011 - 2013

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】17300204 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

骨格筋 / 性ホルモン / 自己分泌 / 運動 / 加齢 / トレーニング / 自己産生

【研究成果の概要】

本研究では,性ホルモンの合成組織として骨格筋に着目し,その合成経路が運動により亢進することにより,性ホルモン合成の亢進に寄与するという仮説を立証することを目的とする.上記の研究課題を明らかにするために,骨格筋における性ホルモン合成酵素の発現の有無と局所性ホルモン代謝動態について検討した(研究課題I).さらに,運動による骨格筋内の性ホルモン産生経路を明らかにするために,運動が骨格筋内の性ホルモン合成酵素に及ぼす影響とその性差について検討した(研究課題II).
その結果,骨格筋における性ホルモン産生機序に着目し,骨格筋内の性ホルモン合成酵素の遺伝子・タンパク発現が存在することを確認し,骨格筋には性ホルモン代謝経路が存在し,局所にて性ホルモンを産生する器官となりうる可能性を明らかにした(研究課題I).また,骨格筋内の性ホルモン合成酵素の遺伝子・タンパク発現には性差があり,運動刺激に対するそれらの発現応答にも性差があるという結果を得たことから(研究課題II),運動による骨格筋の適応機序に局所の性ホレモン代謝が関与している可能性が示された.それゆえ,運動による性ホルモン作用は,内分泌経路の他に,末梢組織(骨格筋)における局所の性ホルモン産生が重要な役割を果たしている可能性が示された.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2005 - 2007

【配分額】16,340千円 (直接経費: 15,200千円、間接経費: 1,140千円)

【研究分野】スポーツ科学

【研究領域課題番号】16200042 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

介護予防 / 高齢者 / 運動 / 身体機能 / 身体活動 / トレーニング / 運動プログラム

【研究成果の概要】

本研究では、初年度に作成した介護予防システムにおける枠組みに基づき、元気高齢者、虚弱高齢者、要介護認定高齢者など、それぞれの対象像に合わせたスクリーニング、介護予防マネジメント、同プログラムの作成、および評価を実施していくために、(1)介護予防の対象者となる高齢者の特性分析、(2)介護予防運動プログラムの開発、(3)介護予防に関連した評価基準の作成、(4)介護予防の普及啓発、(5)環境整備、介護予防関連事業に関するシステム構築の5つの領域から、研究作業を行った。まず、(1)では主に筋量や筋厚など身体機能的特性および、身体活動・筋力トレーニング実施状況やその関連要因などの行動心理的特性における調査研究を行った。また、軽度者や虚弱高齢者だけではなく、元気高齢者(地域自主活動を行っている高齢者)や慢性疾患(循環器疾患や運動器疾患)を有する高齢者にも対象を広げ、調査研究を実施した。(2)では(1)で実施された高齢者の特性に関する研究結果を踏まえて、大きく3つのカテゴリー(元気高齢者、虚弱高齢者、軽度介護認定者)における高齢者特性に合わせた運動プログラムの開発やプログラムに使用する簡便な運動機器の開発、その効果検証を行った。さらに循環器疾患や運動器疾患を有する高齢者に特化した運動プログラムの開発も行った。(3)ではこれまでほとんど検討されていない虚弱高齢者に対する介護予防プログラムの身体的および心理的評価尺度、さらには介護予防サービス従事者のコミュニケーションスキルやセノフ・エフィカシーの評価尺度を開発した。(4)では介護予防事業参加への普及活動の検討、地域を活用した介護予防ボランティア育成を試みた。最後に(5)では、地域包括支援センターや委託を受けた事業者(民間フィットネスクラブ、自治体の公共施設等を利用して実際に介護予防運動プログラムを展開する事業者)など、様々な介護予防サービス提供場面における運営システムの構築を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2004 - 2007

【配分額】35,880千円 (直接経費: 27,600千円、間接経費: 8,280千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】13780029 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

運動 / アミロイド前駆体蛋白 / 痴呆 / 脳 / 神経細胞 / トレーニング / 大脳 / 筋肉 / presenilin 1

【研究成果の概要】

加齢にともない脳内の神経細胞が変性、脱落する。この加齢にともなう神経細胞死に対して、運動に抑制効果があるかどうかについて我々は研究を進めている。今年度は、持久性トレーニングが、脳内のアルツハイマー型痴呆関連物質[アミロイド前駆体蛋白(APP),presenilin-1,リン酸化タウ(PHF-tau)]の蛋白量を変化させるかどうかについて、免疫組織化学的手法を用いて調べた。Wistar系の雄ラットを用い、生後4週齢時から10週間の持久性走トレーニング(速度20m/min、1日60分、頻度週に5回)を施した。トレーニング終了後、ラットの大脳、小脳,脊髄を摘出し、各種蛋白の発現量を安静群(Control)と比較検討した。大脳において、APP, presenilin-1とも海馬のCA1,CA3領域の錐体細胞、歯状回の顆粒細胞、さらには大脳皮質の錐体細胞層に免疫活性が認められた。しかしながら持久性トレーニングによる有意な免疫活性の変化は認められなかった。小脳においては、APP、Presenilin-1とも顆粒細胞、プルキニエ細胞に発現が認められたが、定期的な運動による分布様相の変化はみられなかった。以上のことから若齢のラットにおいて、持久性トレーニングは中枢神経系におけるアルツハイマー型痴呆関連物質に量的な変化を引き起こさないことがわかった。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】2,100千円 (直接経費: 2,100千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】12680014 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

乳酸 / 運動 / MCT1 / MCT4 / 乳酸輸送担体 / ミトコンドリア / トレーニング

【研究成果の概要】

乳酸輸送担体(MCT)のタンパク発現量は、トレーニングなどによって変化するのか、またその変化と運動時における乳酸の代謝とはどのように関係しているのかを検討した。まずMCTにはいくつかのアイソフォームがあるが、骨格筋や心筋に多いのはMCT1とMCT4であることを確認した。さらにトレーニングによる変化については、まずマウスの回転ケージ自由運動モデルにおいて、運動量がMCT1の増加に関係する因子であることがわかった。またマウスのさまざまトレーニングによる変化を検討した。MCT1は持久的トレーニング、またその一種と考えられる回転ケージ自由運動、また高強度トレーニングで、タンパク発現量が増加した。一方MCT4は持久的トレーニングや回転ケージ自由運動では、タンパク発現量が増加しなかった。しかし高強度トレーニングでは増加した。したがってMCT4のタンパク発現を高めるには運動強度が重要であることがわかった。MCTの変化、特にMCT1のタンパク量は、運動時の血中乳酸濃度を有意な負の相関が認められることから、MCT1タンパクの増加が運動時の乳酸の酸化による利用に関係していることが示唆された。次にラットのSTZモデル糖尿病ラットにおいては、糖代謝の低下と同様にMCT1及びMCT4タンパク量は低下した。しかし持久的トレーニングを行わせることにより、MCT1及びMCT4タンパク量は増加した。すなわち糖代謝が低下と高進に伴い、MCT1だけでなくMCT4のタンパク量も変化することが示された。さらにMCT1の細胞内局在に注目し、ミトコンドリアを単離してミトコンドリアMCT1のタンパク量を求めたところ、持久的トレーニングで増加し、運動時の血中乳酸濃度を有意な負の相関関係が認められた。このことはMCT1の増加が乳酸の酸化利用に大きく影響することをさらに裏付けた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2003

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】体育学

【研究領域課題番号】08780106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

運動 / トレーニング / 血管新生 / 内皮細胞 / 細胞培養 / プロテアーゼ / 遊走 / 力学的刺激

【研究成果の概要】

身体運動に伴う骨格筋の毛細血管増加のメカニズムを明らかにするために、筋収縮様力学刺激が内皮細胞の管腔形成にどのような影響を及ぼすかを明らかにすることを本研究の目的とした。ヒト大動脈由来内皮細胞をコラーゲンコートしたシリコン膜上に培養し付着させ、内皮細胞をそのシリコン膜とともに伸縮させながら培養した(フレクサ-セル、岩城硝子)。シリコン膜を13kPaの陰圧で約20%伸展させる刺激を毎日2時間ずつ、30回/分(3600回/日)の頻度で加えた。この伸縮刺激を加えながら培養した場合と通常の環境で培養した場合とで、細胞の遊走能、細胞骨格形態、プロテアーゼ活性を比較した。伸展刺激は遊走能を高め細胞内アクチンフィラメントの形態を変化させたが、プロテアーゼ活性には有意な影響を及ぼさなかった。このことから、伸展刺激により内皮細胞の血管基底膜分解能は影響を受けないが、内皮細胞骨格を変化させ遊走能を高めることが示された。従来、内皮細胞血管形成活性は線維芽細胞増殖因子(FGF)などによる化学的刺激によって促進・誘発されると考えられてきたが、本実験の結果は筋収縮のような力学的伸縮刺激も血管形成活性を部分的に促進することを示唆している。また、内皮細胞に力学的刺激を感受する仕組みが存在することが推測される。本法を応用して、力学的刺激の細胞内伝達や管腔形成と遺伝情報の関連を調べることによって、身体運動に伴う骨格筋の毛細血管増加のメカニズムを明らかにすることができると考えられる。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1996

【配分額】1,100千円 (直接経費: 1,100千円)