【研究領域課題番号】20H00408 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヒトiPS細胞 / 骨格筋 / エクソソーム / マイオカイン / 機能性食品 / 老化 / 筋萎縮 / 運動

【研究成果の概要】

（１）iPS骨格筋細胞を用いた実験系の確立　　京都大学iPS細胞研究所の櫻井英俊准教授らが開発した、薬剤誘導的にMyoDを発現させ骨格筋へと分化する細胞を用い、解析を進めた。２種類の細胞株を用いた比較検討を行い、種々の条件で応答性の良い株を用いることの有用性を確認した。各種遺伝子発現も正常組織と同等のレベルであることを確認した。
（２）iPS細胞由来骨格筋細胞とマウス由来C2C12筋管細胞との比較検討　　これまでに有用な骨格筋培養細胞として用いられてきたC2C12細胞とiPS由来骨格筋細胞の応答性の違いについて解析を進めた。筋萎縮を誘導するデキサメサゾンへの応答性について解析を行った結果、C2C12細胞に比較してiPS由来骨格筋細胞は応答が弱いことが判明した。複数の刺激に対してそれぞれの細胞で応答性の違いが確認された。
（３）培養筋管細胞への電気刺激によるマイオカイン分泌、遺伝子発現変動の解析　　運動を模倣する手法として電気刺激を用いる。電気刺激の適切な電圧、刺激時間について条件検討を行い一定の条件を確立した。
（４）老化骨格筋細胞解析系の樹立　　ヒトiPS細胞由来骨格筋細胞にＸ線照射を行い、老化モデル細胞の樹立を行った。DNA損傷のマーカー遺伝子発現を解析することにより、老化の指標とした。老化細胞から分泌される各種SASPについて、それらの遺伝子発現が亢進すかについて解析を行った。複数の因子について発現上昇が確認された。また培地中への分泌はELISA法にて確認を行った。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2025-03-31

【配分額】44,460千円 (直接経費: 34,200千円、間接経費: 10,260千円)

【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)

【研究領域課題番号】20H00574 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

エクソソーム / 加齢 / 運動 / 脳 / うつ / バイオマーカー / BDNF / 機能性食品 / 骨格筋 / 分子メカニズム / 炎症 / 酸化ストレス / 生理活性因子

【研究成果の概要】

【目的】脳由来神経栄養因子BDNFは神経細胞の発生、成長、維持、再生を促進させるが、
最近の研究からうつやアルコール依存において血中BDNF量が減少することが示されており、うつ病のバイオマーカーや治療標的として注目されている。また、BDNFは脳以外の腸管粘膜においても発現することが明らかになっており、脳腸相関の観点から食による腸由来BDNFの制御が脳機能制御に重要な役割を果たす可能性がある。近年の研究から食品成分によって腸細胞から分泌されるエクソソームにより脳機能が制御されることが示唆されている。そこで本年度の研究では、腸細胞に作用しBDNFやエクソソームの分泌を促す食品因子を同定することを目的とした。
【方法】BDNFの分泌に関する研究では、腸細胞のモデルであるCaco2細胞に19種類の食品成分を作用させ、BDNFの分泌に及ぼす影響をELISAを用いて細胞培養液中のBDNFタンパク質量を測定した。エクソソーム分泌に関する研究では、腸細胞のモデルであるCaco2細胞に19種類の上記実験と同じ食品成分を作用させ、エクソソーム膜局在タンパク質であるCD9（エクソソーム量のマーカータンパク質）の分泌に及ぼす影響をELISAを用いて細胞培養液中のエクソソーム量を測定した。
【結果と考察】BDNF分泌に関する研究では、本年度に検討した食品成分について、BDNFの分泌を促進するものは同定されなかった。また、エクソソーム分泌に関する研究では、CD9をマーカーとしたエクソソーム分泌に対する食品成分の影響を検討した。その結果、4種の成分がエクソソーム分泌を促進することを明らかにした。現在、この作用に関して特許出願の準備を進めている。また、関連する情報収集のために総説を作成し、論文発表も進めた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】45,240千円 (直接経費: 34,800千円、間接経費: 10,440千円)

【研究分野】応用健康科学

【研究領域課題番号】23240097 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

バイオマーカー / プロテオミクス / マイクロアレイ / リボソームプロファイリング / 運動 / ストレス / 筋損傷 / 炎症 / ホルモン / サイトカイン / マイクロRNA / 尿 / 老化 / エクソソーム / プロテオーム解析 / 酵素免疫測定法 / ウェスタンブロット / 活性酸素

【研究成果の概要】

運動ストレスに応答するバイオマーカーを検索するため、激運動前後の血液・尿サンプルでプロテオーム解析を行い、運動前後で変動したスポットに関して質量分析装置で同定した。そのうち、尿で顕著な上昇を示した分子についてELISAを構築した。また、血中に存在するマイクロRNAに着目し、マイクロアレイを用いた網羅的解析により一過性レジスタンス運動に応答する複数の血中マイクロRNAを同定し、リアルタイムPCRを用いて発現を定量した。さらに、遺伝子発現の網羅的解析に関しては、特に翻訳動態変化の解析に特化したリボソームプロファイリングの立ち上げに国内で初めて成功し、バイオマーカー開発への応用を開始した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2011-04-01 - 2015-03-31

【配分額】49,010千円 (直接経費: 37,700千円、間接経費: 11,310千円)