血流と代謝状態を維持した骨格筋のX線回折法による伸張性収縮後の筋節内微細構造評価

使用X射线衍射法评估骨骼肌伸展收缩同时保持血流和代谢状态后肌节内的微观结构

• 批准号: 22K11378
• 负责人: 平野 和宏
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Jikei University School of Medicine
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K11378/
• 关键词: 骨格筋; X線回折; 伸張性収縮; 筋肥大

我々はこれまで、伸張性収縮収縮（ECC）をリハビリテーションに応用するために、強度と反復回数を変化させてECCの効果を比較してきた。その中で、低強度のECCでも収縮回数を増やして張力の積分値（張力-時間積分値）を増やすことでサルコメアの微細構造を悪化させずに筋肥大の生化学的プロセスをうまく誘発することを発見した。しかしながら、張力-時間積分値を揃えた場合、最大張力が異なればサルコメア微細構造に及ぼす影響やシグナル伝達の効果も変化する可能性がある。そこで今年度は、標準化された張力-時間積分を用いて最大張力と収縮様式がタンパク質シグナル伝達とサルコメア微細構造に及ぼす影響を検討することとした。7週齢の健常ラットの血液灌流を維持した足底筋を、対照群（CON）、等尺性収縮群（ISO）、低強度ECC群（L-ECC）、高強度ECC群（H-ECC）に分類し、低強度ECC群では刺激周波数を50Hz、高強度ECC群では刺激周波数を100Hzとした。L-ECC筋には0.3秒間の強縮刺激を3秒ごとに30回反復した。ISOとH-ECCはL-ECCと張力-時間積分値が一致するように反復回数を調整した。それぞれの収縮負荷後に筋を摘出し、Western blottingにてシグナル伝達を評価し、スキンドファイバーを作成してX線回折でサルコメア構造を評価した。mTORC1とMAPKは、CONとISOよりL-ECC、H-ECCで有意に活性化していた。また、MAPKファミリーのSAPK/JNKの活性化は、L-ECC、H-ECCとの相関が認められ、収縮様式（ECCで有意）への依存性を認めた。H-ECC筋でも微細なサルコメア構造はよく保存されていたが、トロポニンの反射強度は低下しており、H-ECCではトロポニンの周期性の乱れが示唆された。このことは、トロポニンが筋肥大に効率的につながるECCの瞬間的なひずみ (最大張力) に主に応答するサルコメアのメカノセンサーシステムを構成するという以前の仮説を支持しています。

迄今为止，我们已通过改变重复的强度和次数并比较 ECC 的效果，将拉伸收缩 (ECC) 应用到康复中。其中，我们的目标是通过增加收缩次数和增加张力积分值（张力-时间积分值），即使在低强度 ECC 下，也能在不破坏肌节微观结构的情况下成功诱导肌肉肥大的生化过程。但当张力-时间积分值相同时，如果最大张力不同，对肌节微结构的影响和信号转导的效果可能会发生变化。因此，今年，我们决定采用标准化的张力-时间积分来研究最大张力和收缩模式对蛋白质信号转导和肌节微观结构的影响。 7周龄健康大鼠跖肌维持血流灌注，测试对照组（CON）、等长收缩组（ISO）、低强度ECC组（L-ECC）、高强度ECC组（H -ECC))，低强度ECC组的刺激频率为50Hz，高强度ECC组的刺激频率为100Hz。 L-ECC肌肉受到强直刺激0.3秒，每3秒重复30次。调整ISO和H-ECC的重复次数，使得张力-时间积分值与L-ECC的张力-时间积分值匹配。每次收缩负荷后，提取肌肉，并使用蛋白质印迹法评估信号传输，制备剥皮纤维并使用 X 射线衍射评估肌节结构。 mTORC1 和 MAPK 在 L-ECC 和 H-ECC 中的激活程度明显高于 CON 和 ISO 中。此外，发现 MAPK 家族 SAPK/JNK 的激活与 L-ECC 和 H-ECC 相关，并且依赖于收缩模式（对于 ECC 很重要）。尽管H-ECC肌肉中精细肌节结构保存完好，但肌钙蛋白反射强度降低，表明H-ECC肌肉中肌钙蛋白周期性被破坏。这支持了我们之前的假设，即肌钙蛋白构成了一个肌节机械传感器系统，主要响应 ECC 中的瞬时应变（峰值张力），从而有效地导致肌肉肥大。

项目成果

Effects of contraction mode and intensity on sarcomere structure of skeletal muscle

收缩方式和强度对骨骼肌肌节结构的影响

• 发表时间: 2023
• 作者: Kazuhiro Hirano; Hideki Yamauchi; Naoya Nakahara; Maki Yamaguchi; Tomonori Hayashi; Shigeru Takemori
• 通讯作者: Shigeru Takemori