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早稲田大学

体温において心臓が効率良く拍動するメカニズムの一端を解明

2019.04.23

早稲田大学

体温において心臓が効率良く拍動するメカニズムの一端を解明

発表のポイント
●精製タンパク質と光熱変換顕微鏡法を用いて筋収縮機能の温度特性を評価する
  顕微解析法を構築
●筋肉が温まると収縮する「加熱筋収縮」を4種類の精製タンパク質のみで
  再現することに成功
●心臓が体温において効率的に拍動できるメカニズムの一端を解明

早稲田大学大学院先進理工学研究科博士後期課程(研究当時)の石井秀弥
(いしいしゅうや、現東京慈恵会医科大学博士研究員)、国立研究開発法人
量子科学技術研究開発機構主任研究員の大山廣太郎(おおやまこうたろう)
(兼 JSTさきがけ研究者)、中部大学生命健康科学部助教の新谷正嶺
(しんたにせいね)、東京慈恵会医科大学准教授の福田紀男(ふくだのりお)、
ならびに早稲田大学名誉教授の石渡信一(いしわたしんいち)の研究グループは、
シンガポール科学技術研究庁(A*STAR)と大阪大学の研究者たちと共同で、
筋収縮機能の温度特性を評価する顕微解析法を構築し、心臓が体温において
効率的に拍動できるメカニズムの一端を解明しました。

我々哺乳類の筋肉は、まず細胞の中でカルシウムイオンの濃度が上昇し、
次に筋肉を動かすスイッチの役目を担うタンパク質がONになることで、
力が生まれて収縮します。本研究グループはこれまで、短時間の加熱(熱パルス)
によって筋肉の細胞が収縮することを発見・報告し、この新しい「加熱筋収縮」では、
カルシウムイオン濃度の上昇が伴わないことを示してきました。しかし、なぜ
カルシウムイオン無しでも、熱だけで収縮できるのか、詳細な仕組みを十分に
証明できていませんでした。またカルシウム濃度でON/OFFが制御される筋肉にとって、
「加熱筋収縮」が優位に働いているのかどうかも不明でした。そこで今回、
本研究グループは「加熱筋収縮」の起きる仕組みをタンパク質分子の働きから
証明するため、筋肉の主要なタンパク質を精製し、筋収縮の温度特性を精密に評価できる
顕微解析法を新たに開発しました。その結果、4種類のタンパク質のみを用いて
「加熱筋収縮」を再現することに成功しました。さらに、哺乳類の心臓には、
体温を利用し、カルシウムイオン濃度上昇に応じて効率よく収縮する仕組みが
備わっていることを示唆する知見を得ました。

本研究はJSPS科学研究費、JSTさきがけ、日本心臓財団などの助成を受けて
行われたもので、研究成果は「Journal of General Physiology」に
2019年4月22日(アメリカ東海岸時間)にオンライン掲載されました。

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