〜運動は転写共役因子PGC1αを介して神経筋接合部を改善する〜
令和6年1月31日
京都府立大学
京都府立大学大学院 生命環境科学研究科 分子栄養学研究室は、国立長寿医療研究センターの江口貴大 研究員や静岡県立大学の三浦進司 教授と共同研究を行い、運動が神経筋接合部の形成を改善するメカニズムを明らかにし、この内容が学術誌「Scientific Reports」（電子版）に2024年1月20日付けにて掲載されました。
運動神経終末と筋線維の間に形成される神経筋接合部は、筋収縮などの筋機能に重要です。神経筋接合部の形成悪化は、加齢に伴う筋量および筋力の低下 （サルコペニア） の初期に観察され、筋機能の低下をもたらすことが報告されています。また筋萎縮性側索硬化症（ALS）やデュシェンヌ型筋ジストロフィーといった神経筋疾患では神経筋接合部に障害が生じます。つまり、生活の質を維持し、健康寿命を延ばすためには、神経筋接合部の構造を維持する必要があります。また、運動は加齢による神経筋接合部の形成悪化を改善することが報告されています。分子栄養学研究室では、運動により筋肉で発現が増加する転写共役因子PGC1αに着目し、運動が神経筋接合部の形成を改善するメカニズムを明らかにすることを試みました。
本研究では、筋肉でPGC1αが欠損または過剰発現している遺伝子改変マウスの筋肉を用いて、遺伝子の発現解析を行いました。その結果、PGC1αが神経筋接合部の形成に必須であるDok-7という遺伝子の発現を制御していることがわかりました。さらに運動を行ったマウスやヒトの筋肉の解析も行いました。その結果においても、PGC1αの発現とDok-7の発現に正の相関があることがわかりました。
この研究より、加齢や神経筋疾患で悪くなる神経筋接合部を運動がどのようにして改善するのかを初めて明らかにしました。また、PGC1αは運動だけでなく、食品成分（大豆イソフラボンやレスベラトロール）によっても活性化されるため、食事による神経筋接合部の改善に繋がる手がかりとなる可能性があります。
DNA二本鎖の切断は活性酸素や放射線などによって生じ、そのままでは遺伝情報の消失や細胞死を引き起こすため、細胞内の修復機構によって絶えず修復されています。また一方で、品種改良の新たな技術として注目されているゲノム編集は、このDNAの切断と修復の反応を応用したものです。このようにDNAの切断・修復は非常に重要な現象ですが、そのメカニズムには、まだまだ未解明の部分が残されています。
植物ゲノム情報学研究室の川口晃平氏(博士課程)と佐藤講師は、弘前大学、摂南大学の研究グループとともに、シロイヌナズナのゲノム上の様々な位置でDNAの切断を一時的に引き起こす方法を開発し、DNAの切断が起こると、切断されたDNAの周辺のヒストンタンパク質に様々な変化が生じることを明らかにしました。ヒストンタンパク質は、遺伝子発現やDNAの複製といった多くのメカニズムにも関わっていることから、今後、DNAの切断・修復と染色体や遺伝子の制御との関わりについて、より解明が進むことが期待されます。
本研究成果は、国際学術誌「Plant and Cell Physiology」に掲載されました。
論文タイトル :
Inducible Expression of the Restriction Enzyme Uncovered Genome-Wide Distribution and Dynamic Behavior of Histones H4K16ac and H2A.Z at DNA Double-Strand Breaks in Arabidopsis
著者 :
Kohei Kawaguchi, Mei Kazama, Takayuki Hata, Mitsuhiro Matsuo, Junichi Obokata, Soichirou Satoh
リンク : https://doi.org/10.1093/pcp/pcad133
