Fundamental research on cardiac nanophysiology for clinical application

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2022年度、「細胞熱・力学」の観点から筋収縮のメカニズムを詳細に解析した。Ⅰ）マウスin vivo心筋細胞における異なる2要素（例：サルコメアと細胞内Ca）の動態解析のため、顕微システムに改良を加えた。その上で、Z線に局在するACTN2に、Caセンサー蛍光タンパク質GCaMPを融合したアデノウイルスベクター「Ad-α-ACTN2-GCaMP」と橙色蛍光タンパク質を融合した「Ad-α-ACTN2-TagRFP」を心筋細胞に発現させる最適条件の検討を行った。これと並行し、Z線の標識効率を上げるため、時期特異的α-ACTN2-AcGFPノックイン（KI）マウスの作製に着手した。Ⅱ）心不全の治療に強心薬が使われるが、細胞内Ca濃度を上昇させることで不整脈を惹起するという難点がある。開発中の強心薬であるomecamtiv mecarbil（OM）は、細胞内Caを上昇させずにアクトミオシン相互作用を促進させる「ミオシン活性化薬」として期待されている。申請者らは、ブタ心筋のスキンドファイバーを用い、OMが結合したミオシンは強結合クロスブリッジとして作用すること、すなわち、細いフィラメントを協同的に活性化させることで、間接的に周辺のミオシンの細いフィラメントへの結合を促すことを明らかにした。Ⅲ）全身麻酔時に高体温になる悪性高熱症（MH）について検討を行った。すなわち、骨格筋の筋小胞体に発現するCaチャネルであるリアノジン受容体に遺伝的な変異が入ると、加温によってチャネルが開口することで細胞内にCaが放出され、細胞内の局所温度が上昇するという新しい現象を見出した。これを「熱誘発性Ca放出」と名付けた。また、MHモデルマウスの骨格筋細胞のCa動態とサルコメアの短縮を明らかにし、吸入麻酔薬の投与によってMHモデルマウスの骨格筋の温度が上昇することを単一細胞レベルで可視化することに成功した。