細胞シミュレーションによる心筋細胞発生過程の理解

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本研究は、包括的心筋細胞モデル(Kyoto model)に基づき、齧歯類の発生過程上典型的な4段階(胎生初期、胎生後期、新生仔期、成体)における心室筋細胞のモデル化を行い、構築したモデルを用いたシミュレーション(試行実験)を行っている。昨年度は最新の文献に基づいたKyoto modelの更新により、従来モデルによる胎生初期段階の自発的な活動電位の形成や、胎生後期段階以降の活動電位持続時間の一連の変化の定性的な再現に加え、1)胎生初期心室筋細胞の基本周期長および2)胎生後期・新生仔期心室筋細胞の細胞内イオン濃度等の定量的な値を従来のモデルよりも精密に再現することが可能となった。本年度は、更新したモデルに基づき、新生仔期段階におけるNa^+-Ca^<2+>交換機転の過剰活性の意義に関する理論的な考察を行った。Na^+-Ca^<2+>交換機転は、細胞内外のNa^+イオンの濃度勾配エネルギーにより3個のNa^+イオンと1個のCa^<2+>イオンが交換し、Ca^<2+>イオンを細胞外へ汲み出す起電性のトランスポータである。筋小胞体が未発達の細胞では、Na^+-Ca^<2+>交換機転に起因する電流(I_<NCX>)の活性が高いことが報告されている。本研究では、新生仔期モルモット心室筋細胞モデルを利用し、筋小胞体を発達をシミュレーション上で進行させ、筋小胞体の発達とI_<NCX>の活性の関係を理論的に考察した。その結果、Na^+-Ca^<2+>交換機転の過剰活性は未発達の筋小胞体へのCa^<2+>の取り込み不足を補い、心室筋細胞の弛緩を促し、より少ないATP量で収縮一弛緩を行う効果があることが分かった。