Daisuke HOSHINO (星野 太佑)

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業 基盤研究(C), Category: 基盤研究(C), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3300000, indirect: 990000)
昨年度，冷却はミトコンドリア生合成のマスターレギュレーターであるperoxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1 (PGC-1)αのmRNA発現量の筋収縮後の増加を減弱させることを明らかにした．今年度はその分子メカニズムについて，シグナル分子のリン酸化に着目し検証した．
Wistar系雄性ラットを常温群と冷却群にわけ，常温群は水, 冷却群は氷水の入った袋を用いて，下腿前部を3分間冷却した. その後, 前脛骨筋を20 Hzにて1秒間電気刺激, 1秒間休息を30回繰り返すプロトコルを1セットとし, これを10セット実施した. 筋収縮直後に両脚の前脛骨筋を摘出し，AMP-activatedprotein kinase (AMPK) calcium/calmodulin-dependent protein kinase II (CaMKII)，p38 mitogen-activated protein kinase (p38 MAPK)のリン酸化をウエスタンブロッティングを用いて，測定した．また，筋グリコーゲン濃度と筋中乳酸濃度を生化学的に測定した．その結果，両群のAMPK，CaMKII，p38 MAPKのリン酸化は，筋収縮によって有意に増加した．さらに，冷却は，AMPKのリン酸化の増加を有意に減弱させた．しかし，CaMKII，p38 MAPKのリン酸化には，冷却の影響は見られなかった．また，筋グリコーゲン濃度の筋収縮による減少は，冷却により有意に抑制された．
以上の結果から，冷却は，筋収縮によるAMPKの活性化および筋グリコーゲン分解を減弱させ，PGC-1αのmRNA発現量の増加を抑制する可能性が示唆された．

Offer Organization: 日本学術振興会, System Name: 科学研究費助成事業 基盤研究(B), Category: 基盤研究(B), Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 13500000, indirect: 4050000)
昨年度、運動時の乳酸産生量を血中乳酸濃度から算出する方法を確立し、持久的トレーニングを実施したマウスに適用したところ、乳酸産生量として妥当な結果が得られた。そこで、今年度は運動時の血中乳酸濃度が低いことが明らかになっているperoxisome proliferator-activated receptor γ coactivator-1 (PGC-1)αの過剰発現マウスにおいて運動中の乳酸産生量を算出し、持久的トレーニングと比較・検討した。まず、PGC-1α過剰発現マウスの全身の乳酸取り込み能力は、野生型マウスと比較して有意に高いことがわかった。次に、絶対的な運動強度 (トレッドミルの速度)をあわせた運動中の乳酸産生量を算出したところ、PGC-1α過剰発現マウスの乳酸産生量は、野生型マウスと比較して有意に低値を示した。血中乳酸濃度が同等になるように相対的に運動強度を合わせた場合、PGC-1α過剰発現は乳酸産生量を増加させた。この結果は、全身の乳酸取り込み能力の高い動物が、コントロールの動物と同じ血中乳酸濃度を達成するためには、運動中より多くの乳酸産生量が必要であることを示唆している。また、重回帰分析により、持久的トレーニングを実施したマウスにおける乳酸産生量は、PFKとMCT4により正に、MCT1とミトコンドリア量により負に貢献していたが、PGC-1α過剰発現マウスにおける乳酸産生量には、そのような関係はみられなかった。このことから、PGC-1α過剰発現による乳酸産生量の抑制は、それらのタンパク質以外の影響が大きい可能性が示唆された。

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists, Fund Type: -, Overall Grant Amount: - (direct: 3200000, indirect: 960000)
We examined the effects of clenbuterol administration and resistance training that induce muscle hypertrophy on metabolic adaptation in skeletal muscles and adipose tissues. Clenbuterol administration decreased the expression of proteins involved in mitochondrial fusion and fission, and increased abnormal morphological mitochondria in skeletal muscle. At the same time, there was no change in nuclear translocation of histone deacetylase 4 (HDAC4). Four-week resistance training reduced subcutaneous white adipocyte size and increased the protein levels of mitochondrial enzymes in brown adipose tissue. It is necessary to further clarify the mechanism of the above experimental results.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B), Fund Type: competitive_research_funding, Overall Grant Amount: - (direct: 3200000, indirect: 960000)
We examined whether lactate causes skeletal muscle mitochondrial biogenesis, using extracted mouse muscle incubation system and electric stimulation system to C2C12 myotubes. As a result, 24h-lactate stimulation (10 mM) for extracted mouse muscle suppressed mRNA contents of PGC-1alpha and mitochondria. However lactate concentration exceeded 25 mM after 24 hours of lactate incubation, which was non-physiological high lactate concentration. Elevation in lactate concentration due to electrical stimulation increased the mRNA contents of PGC-1alpha in C2C12 myotubes. These results suggest that the increase in lactate concentration associated with muscle contraction may cause mitochondrial biogenesis via transcriptional regulation. It is necessary to clarify the dose response of lactate concentration in further studies.

Offer Organization: Japan Society for the Promotion of Science, System Name: Grants-in-Aid for Scientific Research, Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up, Fund Type: competitive_research_funding, Overall Grant Amount: - (direct: 2200000, indirect: 660000)
We examined whether lactate accumulation associate with exercise-induced mitochondrial biogenesis. We found that dichloroacetate (DCA) injection can decrease muscle and plasma lactate concentration during exercise. DCA injection and exercise were performed in mice for 4 weeks. As a result, the decrease in lactate accumulation by DCA administration attenuated increases in mitochondrial proteins with exercise training. This result suggests that lactate can be a signal for exercise-induced mitochondrial biogenesis in skeletal muscle.