博士 ( スポーツ科学 ) 学位論文 概要書
Potential role of PGC-1α and lipin-1 in exercise- and
high-fat diet-induced mitochondrial biogenesis in skeletal muscle
運動および高脂肪食摂取による骨格筋ミトコンドリア新生における 転写補助因子 PGC-1α と lipin-1 の役割
2010 年 1 月
早稲田大学大学院 スポーツ科学研究科
東田 一彦
Higashida, Kazuhiko
研究指導教員： 樋口 満 教授
概要書
博士後期課程2年 東田 一彦 指導教員 樋口 満
持久的運動または高脂肪食摂取は骨格筋のミトコンドリアを増加させることが知ら れている。しかしながら、これらの生理学的刺激がどのような分子メカニズムによって 骨格筋のミトコンドリア新生を引き起こしているかについては不明な点が多く残され ている。そこで本研究では、持久的運動および高脂肪食摂取による骨格筋のミトコンド リア新生の転写メカニズムを明らかにすることを目的とし、特に二つの転写補助因子、
Peroxisome proliferator activated receptor-1α（PGC-1α）およびlipin-1に着目し、以下の研 究課題を遂行した。
PGC-1αはミトコンドリア新生を包括的に制御する転写補助因子と考えられている。
さらに、持久的運動による骨格筋のミトコンドリア新生にPGC-1αが関与している可能 性が先行研究により示されている。しかしながら、高脂肪食摂取による骨格筋のミトコ ンドリア新生にPGC-1αが関与しているかは明らではない。そこで、第2章では、高脂肪 食摂取による骨格筋のミトコンドリア新生におけるPGC-1αの関与について検討した。
ラットにエネルギー比で脂質の割合が全体の50％となる高脂肪食を30日間与えた。その 結果、普通食群と比べて、高脂肪食群の骨格筋における酸化系酵素Citrate synthase (CS) および脂肪酸酸化系酵素の3-β-hydroxyl-CoA dehydrogenase (HAD)活性が有意に高い値 を示した。さらに、PGC-1αのタンパク含量が高脂肪食群で有意に増加した。これらの 結果から、PGC-1αは持久的運動だけでなく、高脂肪食摂取によるミトコンドリア新生 においても重要な働きをしている可能性が示唆された。
東田 一彦, 三上 恵里, 園生 智広, 樋口 満, 寺田 新：異なる脂肪酸組成の高脂肪食摂取 が骨格筋ミトコンドリア酵素活性およびPGC-1α蛋白発現量に及ぼす影響. 日本運動生理学 雑誌. 15(2), 45-51，2008.
近年、転写補助因子の一つであるlipin-1が肝臓においてミトコンドリア新生に関与し ている可能性が報告された。lipin-1は骨格筋においても発現していることから、骨格筋 のミトコンドリア発現量の調節にも関与している可能性が考えられる。そこで第3章で は、骨格筋のミトコンドリア新生におけるlipin-1の役割について検討を行った。まず、
V5 tag を付加した lipin-1遺伝子をラット由来L6筋培養細胞に導入し、ミトコンドリア
酵素のmRNA発現量の変化を検討した。その結果、lipin-1遺伝子を高発現させることで、
ミトコンドリア酵素のcarnitine palmitoyltransferase-1 (mCPT-1)およびδ-aminolevulinate synthase (ALAS)のmRNA発現量が有意に増加した。したがって、lipin-1は骨格筋におい てもミトコンドリア新生に関与している可能性が示唆された。そこで、持久的運動およ び高脂肪食摂取がlipin-1発現量に及ぼす影響について検討した。一過性の3時間および6 時間の水泳運動終了直後のラット上腕三頭筋におけるlipin-1 mRNA発現量は、安静群と 比較して有意に高い値であった。しかしながら、4週間の高脂肪食終了後のラット上腕 三頭筋のlipin-1 mRNA発現量は普通食群と同程度であった。これらの結果から、高脂肪 食摂取による骨格筋のミトコンドリアの増加にlipin-1は関与していないが、持久的運動 による骨格筋のミトコンドリア新生にはlipin-1が関与している可能性が示唆された。
さらに、持久的運動によるlipin-1発現量の増加を引き起こす骨格筋の細胞内情報伝達 経路を検討した。AMP依存性プロテインキナーゼ（AMPK）およびβ2アドレナリン受容 体（β2-AR）の活性化剤であるAICARおよびクレンブテロールを皮下投与した結果、ラ ット上腕三頭筋においてlipin-1 mRNA発現量の有意な増加が認められた。これらの結果 から、lipin-1は持久的運動によるAMPKおよびβ2-ARの活性化によって増加すること、
さらにこの増加は骨格筋のミトコンドリア新生に関与している可能性が示唆された。
Higashida K, Higuchi M, Terada S: Dissociation between PGC-1α and GLUT-4 expression in skeletal muscle of rat fed high-fat diet. Journal of nutritional science and vitaminology. 55(6), 486-491, 2009.
Higashida K, Higuchi M, Terada S: Potential role of lipin-1 in exercise-induced mitochondrial biogenesis．Biochemical and biophysical research communications．374(3), 587-591, 2008．
上記の一連の研究から、PGC-1αは持久的運動のみならず、高脂肪食摂取による骨格 筋ミトコンドリア新生にも関与している可能性が示唆された。また、lipin-1は持久的運 動による骨格筋のミトコンドリア新生に関与している可能性が示唆された。そして、
PGC-1αおよびlipin-1は、持久的運動および高脂肪食摂取によるミトコンドリアの増加に おいて関与の仕方が異なる可能性が考えられた。
