新規拡張型心筋症モデルマウスを用いた拡張型心筋症発症機序の解明

文献情報

• 文献番号: 201024044A
• 報告書区分: 総括
• 研究課題名: 新規拡張型心筋症モデルマウスを用いた拡張型心筋症発症機序の解明
• 研究課題名（英字）: -
• 課題番号: H20-難治・一般-044
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 小室 一成(大阪大学大学院 医学系研究科 循環器内科学)

研究分担者(所属機関)

• 塩島　一朗(大阪大学大学院　医学系研究科　心血管再生医学)
• 赤澤　宏(大阪大学大学院　医学系研究科　循環器内科学 )
• 岡　亨(大阪大学大学院　医学系研究科　循環器内科学 )

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 難治性疾患克服研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究費: 37,413,000円
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

拡張型心筋症の予後は、非常に不良である。また、拡張型心筋症の最終的な治療法は現在のところ心臓移植しかなく、新たな治療法の確立が望まれている。拡張型心筋症の原因の約30％が遺伝子変異であることが明らかとなってきたが、それらの遺伝子変異により収縮機能不全をきたす機序は未だ不明である。そこでマウスモデルを用いて拡張型心筋症の発症機序を明らかにすることを本研究の目的とした。

研究方法

我々は、ヒトで報告されている変異型心筋αアクチン遺伝子（cardiac α-actin R312H）を心臓特異的に過剰発現させた遺伝子改変マウスを作成し、この拡張型心筋症モデルマウスを用いて、心筋症発症機序の解析を行ってきた。昨年度までの結果から、CaMKIIδの活性化とそれにともなうp53の発現増加、さらにp53依存性心筋細胞アポトーシスが拡張型心筋症の発症機序として重要であることが明らかになった。そこで本年度はCaMKIIδ活性化のメカニズムを明らかにするために、単離心筋を用いてカルシウム感受性の測定および心筋細胞内カルシウム動態の解析をおこなった。

結果と考察

拡張型心筋症モデルマウスおよび野生型マウスからスキンドファイバーを作成し、カルシウム感受性を測定したところ、最大カルシウム張力には両者で変化がみられなかったが、カルシウム感受性は拡張型心筋症モデルマウス由来心筋繊維で低下していることが明らかになった。また、単離心筋における心筋細胞内カルシウム濃度変化についてカルシウム蛍光指示薬を用いて検討したところ、野生型マウスおよび拡張型心筋症モデルマウス由来の単離心筋では心筋細胞内カルシウム濃度変化については差がみとめられなかった。以上の結果から、カルシウム感受性の低下にともなって心筋局所のカルシウム濃度が上昇し、CaMKIIδを活性化しているものと考えられた。

結論

変異型心筋αアクチン遺伝子を心臓特異的に過剰発現することにより得られた拡張型心筋症モデルマウスにおいて、心筋症発症機序の検討をおこなった。その結果、カルシウム感受性低下にともなう局所のカルシウム濃度上昇が CaMKIIδの活性亢進をきたし、さらにp53による心筋細胞アポトーシスを増加させることが、心筋症発症の機序として重要であることが明らかになった。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-12-27
• 更新日: -

文献情報

• 文献番号: 201024044B
• 報告書区分: 総合
• 研究課題名: 新規拡張型心筋症モデルマウスを用いた拡張型心筋症発症機序の解明
• 研究課題名（英字）: -
• 課題番号: H20-難治・一般-044
• 研究年度: 平成22(2010)年度
• 研究代表者(所属機関): 小室 一成(大阪大学大学院 医学系研究科 循環器内科学)

研究分担者(所属機関)

• 塩島　一朗(大阪大学大学院　医学系研究科　心血管再生医学)
• 赤澤　宏(大阪大学大学院　医学系研究科　循環器内科学)
• 東口　治弘(千葉大学大学院　医学研究院　循環病態医科学)
• 岡　亨(大阪大学大学院　医学系研究科　循環器内科学)

• 研究区分: 厚生労働科学研究費補助金 疾病・障害対策研究分野 難治性疾患克服研究
• 研究開始年度: 平成20(2008)年度
• 研究終了予定年度: 平成22(2010)年度
• 研究者交替、所属機関変更: -

研究報告書（概要版）

研究目的

拡張型心筋症の原因の約30％が遺伝子変異であることが明らかとなってきたが、それらの遺伝子変異により収縮機能不全をきたす機序は未だ不明である。そこで拡張型心筋症の発症機序を明らかにすることを本研究の目的とした。

研究方法

ヒトで報告されている変異型心筋αアクチン遺伝子を心臓特異的に過剰発現させた遺伝子改変マウスを作成し、心筋症モデルマウスを確立した。また、この拡張型心筋症モデルマウスを用いて、心筋症発症機序の解析を行った。

結果と考察

心筋αアクチン遺伝子（cardiac α-actin R312H）を心臓特異的に過剰発現させたマウスを作成した。このマウスは心拡大、収縮能低下、心筋細胞死増加をきたし、ヒト拡張型心筋症モデルマウスとして有用であると考えられた。
この拡張型心筋症モデルマウスにおいてp53の蛋白量が増加していた。また、拡張型心筋症モデルマウスをp53ノックアウトマウスと交配したところ、心拡大が抑制され、心機能の改善と心筋細胞死の減少がみとめられた。さらに、拡張型心筋症モデルマウスにおいて心筋細胞死を抑制すると、p53遺伝子を欠損させた場合と同様に心機能の改善がみとめられた。以上の結果から、p53の発現量増加が心筋細胞死を誘導することにより拡張型心筋症の発症を引き起こしていると考えられた。
一方、拡張型心筋症モデルマウスにおいてCaMKIIδの蛋白量は増加しており、CaMKIIδ阻害薬であるKN-93を拡張型心筋症モデルマウスに投与したところ、心拡大が著明に抑制され心機能の改善もみとめられた。さらに、CaMKIIδの作用を抑制することにより、p53の発現量が低下し、心筋細胞死も減少した。したがって、CaMKIIδの活性化がp53の発現増加を介して心筋細胞死を誘導することにより拡張型心筋症を引き起こすものと考えられた。拡張型心筋症モデルマウスにおいてはカルシウム感受性が低下しているものの、細胞内カルシウム濃度は野生型と差がなく、カルシウム感受性の低下にともなって心筋局所のカルシウム濃度が上昇し、CaMKIIδを活性化しているものと考えられた。

結論

変異型心筋αアクチン遺伝子を心臓特異的に過剰発現することにより、ヒトにおける拡張型心筋症のモデルマウスを確立した。また、このマウスモデルにおける拡張型心筋症の発症機序としてCaMKIIδの活性化とp53の蛋白量の増加が重要であることが明らかになった。

公開日・更新日

• 公開日: 2011-12-27
• 更新日: -

行政効果報告

• 文献番号: 201024044C

成果

• 専門的・学術的観点からの成果: これまで拡張型心筋症の病態解析に適したマウスモデルは存在しなかったが、本研究によりヒト拡張型心筋症にきわめて類似した表現型を呈するマウスモデルが確立された。また、この拡張型心筋症モデルマウスを用いて、カルシウム感受性低下に起因するCaMKIIδ活性の上昇とそれに伴うp53の発現増加が遺伝子変異による拡張型心筋症の発症に重要であることが示唆され、遺伝子異常による心筋症発症の分子機構の一端が明らかになった。
• 臨床的観点からの成果: 拡張型心筋症の予後は、心不全に対する薬物療法の進歩にもかかわらず依然として不良である。また根治療法は現在のところ心臓移植しかなく、新たな治療法の確立が望まれている。本研究により明らかにされた拡張型心筋症発症の分子機構に基づいた新しい治療法の開発が期待される。
• ガイドライン等の開発: 特記事項なし
• その他行政的観点からの成果: 心不全は加齢とともにその発症率が増加するいわゆる「老化関連疾患」のひとつである。高齢化の進行にともなって心不全患者数は増加しており、特に75歳以上の高齢者における心不全患者数は今後さらに増加するものと予想されている。今回の成果に基づいて新しい心不全治療法が開発されれば、高齢者の生活の質が改善されるだけでなく、医療行政上もその意義は大きいと考えられる。
• その他のインパクト: 特記事項なし

発表件数

• 原著論文（和文）: 0件
• 原著論文（英文等）: 20件
• その他論文(和文): 0件
• その他論文(英文等): 4件
• 学会発表(国内学会): 15件
• 学会発表(国際学会等): 10件
• その他成果(特許の出願): 0件 ; 「出願」「取得」計0件
• その他成果(特許の取得): 0件
• その他成果(施策への反映): 0件
• その他成果(普及・啓発活動): 0件

主な原著論文20編（論文に厚生労働科学研究費の補助を受けたことが明記された論文に限る）

• 原著論文1: Zhu W, Shiojima I, Ito Y et al; IGFBP-4 is an inhibitor of canonical Wnt signalling required for cardiogenesis; Nature (2008)
• 原著論文2: Monzen K, Ito Y, Naito AT et al; A crucial role of a high mobility group protein HMGA2 in cardiogenesis; Nat Cell Biol (2008)
• 原著論文3: Nishi J, Minamino T, Miyauchi H et al; Vascular endothelial growth factor receptor-1 regulates postnatal angiogenesis through inhibition of the excessive activation of Akt; Circ Res (2008)
• 原著論文4: Ito K, Akazawa H, Tamagawa M et al; PDK1 coordinates survival pathways and beta-adrenergic response in the heart; Proc Natl Acad Sci USA (2009)
• 原著論文5: Minamino T, Orimo M, Shimizu I et al; A crucial role for adipose tissue p53 in the regulation of insulin resistance; Nat Med (2009)
• 原著論文6: Qin Y, Yasuda N, Akazawa H et al; Multivalent ligand-receptor interactions elicit inverse agonist activity of AT(1) receptor blockers against stretch-induced AT(1) receptor activation; Hypertens Res (2009)
• 原著論文7: Yoshida M, Shiojima I, Ikeda H et al; Chronic doxorubicin cardiotoxicity is mediated by oxidative DNA damage-ATM-p53-apoptosis pathway and attenuated by pitavastatin through the inhibition of Rac1 activity; J Mol Cell Cardiol (2009)
• 原著論文8: Matsuura K, Honda A, Nagai T et al; Transplantation of cardiac progenitor cells ameliorates cardiac dysfunction after myocardial infarction in mice; J Clin Invest (2009)
• 原著論文9: Kayama Y, Minamino T, Toko H et al; Cardiac 12/15 lipoxygenase-induced inflammation is involved in heart failure; J Exp Med (2009)
• 原著論文10: Ikeda H, Shiojima I, Ozasa Y et al; Interaction of myocardial insulin receptor and IGF receptor signaling in exercise-induced cardiac hypertrophy; J Mol Cell Cardiol (2009)
• 原著論文11: Liao CH, Akazawa H, Tamagawa M et al; Cardiac mast cells cause atrial fibrillation through PDGF-A-mediated fibrosis in pressure-overloaded mouse hearts; J Clin Invest (2010)
• 原著論文12: Moriya J, Minamino T, Tateno K et al; Inhibition of semaphorin as a novel strategy for therapeutic angiogenesis; Circ Res (2010)
• 原著論文13: Shimizu I, Minamino T, Toko H et al; Excessive cardiac insulin signaling exacerbates systolic dysfunction induced by pressure overload in rodents; J Clin Invest (2010)
• 原著論文14: Naito AT, Okada S, Minamino T et al; Promotion of CHIP-mediated p53 degradation protects the heart from ischemic injury; Circ Res (2010)
• 原著論文15: Toko H, Takahashi H, Kayama Y et al; Ca2+/calmodulin-dependent kinase IIdelta causes heart failure by accumulation of p53 in dilated cardiomyopathy; Circulation (2010)
• 原著論文16: Ueda K, Takano H, Niitsuma Y et al; Sonic hedgehog is a critical mediator of erythropoietin-induced cardiac protection in mice; J Clin Invest (2010)
• 原著論文17: Toko H, Takahashi H, Kayama Y et al; ATF6 is important under both pathological and physiological states in the heart; J Mol Cell Cardiol (2010)
• 原著論文18: Ikeda H, Shiojima I, Oka T et al; Akt-mTOR signaling in lung epithelium is associated with respiratory distress syndrome in mice; Mol Cell Biol (2011)
• 原著論文19: Aoki A, Ozaki K, Sato H et al; SNPs on chromosome 5p15.3 associated with myocardial infarction in Japanese population; J Hum Gene (2011)
• 原著論文20: Shioyama W, Nakaoka Y, Higuchi K et al; Docking Protein Gab1 Is an Essential Component of Postnatal Angiogenesis After Ischemia via HGF/c-Met Signaling; Circ Res (2011)

公開日・更新日

• 公開日: 2014-05-22
• 更新日: 2015-06-08

収支報告書

• 文献番号: 201024044Z