Epigenetic mechanisms for physiological adaptations to hypoxic training

低氧训练生理适应的表观遗传机制

基本信息

批准号：
20K23295
负责人：
土橋祥平
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Juntendo University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-09-11 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は人工的な常圧低酸素環境で行う運動トレーニング、すなわち低酸素トレーニングによる骨格筋の適応メカニズムについて、DNA塩基配列の変化を伴わない後天的なゲノム修飾による遺伝子発現調節機構 (エピジェネティクス) の観点から検討を行うことを目的として実施した。研究初年度は、ラット骨格筋の有酸素性エネルギー代謝を亢進する低酸素トレーニングモデルを構築し、これらの適応に関わる分子メカニズムについてヒストン修飾に着目して検討を行った。若齢雄性ラットを対象に、常酸素曝露/安静群(NS)、常酸素曝露/トレーニング群 (NT)、低酸素曝露/安静群 (HS)、低酸素曝露/トレーニング群 (HT) に分け、NTおよびHT群には一定期間運動学習 (トレッドミル走) をさせた後、間欠的高強度トレーニングを6週間実施した。なお全ラットは常酸素環境で飼育し、HSおよびHT群についてはトレーニング時のみ酸素濃度14.5% の常圧低酸素環境に曝露した。その後ラット骨格筋 (腓腹筋) を収集し、クエン酸合成酵素(CS)のタンパク質発現、ヒストン脱アセチル酵素(HDAC5)、リジン脱メチル化酵素 (LSD1)、およびリジンメチル化酵素 (MLL4) についてウェスタンブロッティング法により定量した。その結果、CSとMLL4についてNT群ではNS群と比較して有意な変化は観察されなかったが、HT群はNS群と比較して有意な高値を示し、低酸素トレーニングにより骨格筋の有酸素性エネルギー代謝が亢進し、そのメカニズムの一つとしてMLL4の増大が関与している可能性が示唆された。今後は日本学術振興会特別研究員PDとして、低酸素トレーニングによる骨格筋の適応応答を司るエピジェネティックな遺伝子発現修飾についてクロマチン免疫沈降法やDNAメチル解析等、多角的な解析に着手する予定である。

进行了这项研究是为了研究在人为的大气缺氧环境中进行的运动训练引起的骨骼肌的适应机制，即从基因表达调控（表观遗传学）通过获得的基因组修饰而不改变DNA碱基的基因表达调节（表观遗传学）的角度，即缺氧训练。在研究的第一年中，我们构建了一个缺氧训练模型，该模型增强了大鼠骨骼肌的有氧能量代谢，并检查了这些适应涉及的分子机制，这些适应性重点是组蛋白修饰。将年轻的男性大鼠分为正常的氧气暴露/休息组（NS），正常的氧气暴露/训练组（NT），低氧暴露/休息组（HS）和缺氧暴露/训练组（HT）。 NT和HT组进行一定时间段内的运动学习（跑步机），然后进行间歇性的高强度训练6周。所有大鼠都保持在普通的氧气环境中，而对于HS和HT组，仅在训练期间，将氧气浓度为14.5％。然后通过蛋白质印迹收集大鼠骨骼肌（GASOCNEMIUS），并通过蛋白质表达柠檬酸合酶（CS），组蛋白脱乙酰基酶（HDAC5）（HDAC5），赖氨酸脱甲基酶（LSD1）和赖氨酸甲基酶（MLL4）来定量。与NS组相比，NT组的CS和MLL4没有显着变化，但与NS组相比，HT组显示出明显更高的值，这表明缺氧训练增强了骨骼肌中有氧能量的代谢，并且MLL4可能涉及MLL4作为该机制之一。将来，作为日本促进科学学会的特别研究员，他计划开始对表观遗传基因表达修饰进行多方面分析，这些修饰通过缺氧训练来控制骨骼肌的适应性反应，包括染色质免疫沉淀和DNA甲基分析。