博士論文要旨
論文題名：レジスタンストレーニングによる筋肥大
制御機構の解明
立命館大学大学院スポーツ健康科学研究科 スポーツ健康科学専攻博士課程後期課程 アトウ サトル 阿藤 聡 背景 レジスタンストレーニング（RT）は骨格筋量を増大させる運動として実施されている。 しかしながら運動による骨格筋肥大の機序はその多くが未解明である。 運動時の強度と時間の積分値である力積の大きさは、RT による筋肥大レベルを規定する 重要な運動の変数である可能性が示されてきた。一方で、RT による筋肥大は力積には依存 しない現象も観察されており、力積以外にも筋肥大レベルを決定する因子の存在が示唆さ れている。力積以外の因子としては、RT による骨格筋の細胞核（筋核）の増加が筋肥大レ ベルを決定する因子である可能性が示唆されている。本研究では運動効果を規定する変数 としての力積の重要性を再検討する。また筋核とその増加が RT による筋肥大に及ぼす影響 について明らかにする。これにより RT による筋肥大の制御機構について包括的な検討を行 う。 方法 研究課題 1：一過性レジスタンス運動による筋タンパク質合成調節機構の解明-筋収縮様式 の違いに基づいた検討- 若齢 SD ラットを対象に、レジスタンス運動（RE）模倣モデルを使用し、力積に着目し、 異なる筋収縮様式の RE を行なった。RE 直後、3 時間後に腓腹筋を摘出し筋タンパク質合 成の指標である mTORC1 活性を評価した。 研究課題 2：力積を統一した条件下において、運動時の筋収縮様式の違いが筋タンパク質分 解に関わる分子シグナルに及ぼす影響 若齢 SD ラットを対象に、レジスタンス運動（RE）模倣モデルを使用し、力積を統一し た上で、異なる筋収縮様式の RE を行なった。運動直後、3 時間後に筋タンパク質の分解に 関与するタンパク質の発現を評価した。 研究課題 3：筋核の減少及びサテライト細胞の機能不全がレジスタンストレーニングによる 筋肥大に及ぼす影響-2 型糖尿病モデルラットを用いた検討-2 型糖尿病モデルラット(OLETF)と健常対照モデルラット（LETO）に、週3回のREを6週 間（計18回）実施した（RT）。RT終了から72時間以上後に腓腹筋を摘出し、筋核数と筋横 断面積を評価した。 研究課題 4：核密度の増大が急性レジスタンス運動による筋タンパク質合成に及ぼす影響 -廃用性筋萎縮時の筋の特性に基づいた検討- 若齢 SD ラットを対象に、2 週間の後肢懸垂法（HS）によって廃用性筋萎縮を惹起し、そ の後 RE 模倣モデルを使用して RE を行なった。RE3 時間、12 時間後に腓腹筋を摘出し、筋 核数と mTORC1 活性、リボソーム RNA（rRNA）、筋タンパク質合成を評価した。 結果 研究課題 1：力積が等しい条件下では、RE による mTORC1 の活性化レベルは筋収縮様式の 違いの影響を受けなかった。 研究課題 2：力積が等しい条件下では、RE による筋タンパク質分解に関与する分子の発現 レベルに筋収縮様式の違いは影響を及ぼさなかった。 研究課題 3：RT に伴う筋核の増加率が筋肥大率と相関することが明らかとなった。またト レーニング前の筋核数が筋肥大率と関連する可能性が示唆された。 研究課題 4：HS による筋萎縮状態は細胞質あたりの筋核数を増大させたが rRNA 合成は減 弱した。また筋萎縮状態では通常時に比較し、RE による mTORC1 の活性化は増大したが、 筋タンパク質合成の亢進に違いは見られなかった。 結論 RE の際の力積の大きさは RT による筋肥大を制御する主要な運動時の変数であることが 示唆された。また力積の大きさのみならず、筋核のリボソーム生合成能と RT による筋核の 増加は筋肥大の程度を規定する因子となる可能性が示唆された。
Abstract of Doctoral Thesis
Title：Elucidation of mechanisms underlying resistance
training-induced skeletal muscle hypertrophy
Doctoral Program in Sport and Health Science Graduate School of Sport and Health Science Ritsumeikan University
アトウ サトル ATO Satoru Introduction:
Resistance training (RT) is known as the effective exercise modality to gain of skeletal muscle mass. However, little is known about mechanisms underlying skeletal muscle hypertrophy by RT. The purpose of this study is to identify a part of mechanisms to cause muscle hypertrophy.
Methods:
Project 1: The effect of divergent contraction mode (DCM) on cellular signaling associate with muscle protein synthesis (MPS).
Acute resistance exercise (RE) with DCM was performed by percutaneous electrical stimulation on gastrocnemius muscle of rats. Immediately and 3h after RE, muscles were sampled and mTORC1 activity was measured as an indicator of MPS.
Project 2: The effect of DCM with identical force-time integral (FTI) on the activation of muscle proteolytic signalings.
RE and subsequent muscle samplings were performed as Project 1. Proteolytic signaling activities were assessed in the muscle samples.
Project 3: The effect of reduced myonuclear number and satellite cell function on muscle hypertrophy after chronic RT in type2 diabetes (T2DM) model rat.
Eighteen bouts of RE (3 times / week, 6week) were perfumed on T2DM model rats (OLETF) and healthy control rats (LETO). Muscles were collected and myonuclear number and myofiber cross sectional areas were assessed.
Project 4: The influence of myonuclear content on MPS after an acute RE; focus on the disuse atrophy.
Muscle atrophy was induced by 14-day hindlimb suspension (HS) on young male rats. After the HS, RE was performed as Project 1. Muscles were collected at 3h and 12h after RE, and myonuclear
number, protein expressions of mTORC1 signalings, rRNA, MPS were assessed.
Results and Discussion:
Project 1: DCM did not affect the magnitude of mTORC1 activation after RE under identical FTI.
Project 2: DCM with same FTI induced similar RE-induced proteolytic signaling activations.
Project 3: Variation in myonuclear accretion significantly correlated with the degree of skeletal muscle hypertrophy. Moreover, basal myonuclear numbers trended to correlate with the level of muscle hypertrophy by RT.
Project 4: HS increased myonuclear density, but reduced rRNA synthesis. HS augment RE-induced mTORC1 activation, but not enhanced MPS after RE.
Conclusion
In summary, FTI is primary factor to modulate both muscle protein synthesis and breakdown after RE. Not only FTI, myonuclear rRNA synthesis and myonuclear accretion may regulate RT-induced muscle hypertrophy.
