筋分化を促進する乳酸菌オリゴ DNA / Bacterial ODNs promoting myogenic differentiation

目次 / Index

本研究は、下里剛士先生 (信州大学農学部/菌類・微生物ダイナミズム創発研究センター)、梅澤公二先生 (信州大学農学部/バイオメディカル研究所) との共同研究です。

This study is the collaboration with Dr Takeshi Shimosato (Faculty of Agriculture, Research Center for Fungal and Microbial Dynamism, Shinshu University) and Dr Koji Umezawa (Faculty of Agriculture, Institute for Biomedical Sciences, Shinshu University).

ODN とは / What's ODN?

オリゴ DNA (ODN) は、20塩基前後の短い一本鎖 DNA です。人工的に合成された ODN は DNA アプタマーとも呼ばれ、特定の分子と結合することで様々な生理機能を発揮します。アプタマーとは別に、自然界にも ODN は存在します。腸内に生息する微生物のゲノム DNA に由来する ODN は、免疫系の働きを調節することが知られています (Hall 2008)。しかし、非免疫系の細胞や組織に作用する 微生物 ODN の報告はありませんでした。

Oligodeoxynucleotides (ODNs) are short (around 20 bases) single-stranded DNA molecules. Artificial and synthesized ODNs, called DNA aptamers, specifically interact with their targets to exert various physiological functions. In addition to aptemers, there are numerous natural ODNs. The ODNs derived from genomic DNAs of enteric bacteria regulate immune system (Hall 2008). However, it has not been reported the microbial ODNs which act on non-immune cells or tissues.

筋分化を促進する乳酸菌 ODN / Bacterial ODNs promoting myogenic differentiation

私たちは、マウス筋芽細胞のスクリーニング系を用いて、筋分化に作用する乳酸菌 ODN の探索を行いました。その結果、ヒト腸内に存在し、ヨーグルトにも利用される乳酸菌 Lactobacillus rhamnosus GG のゲノム配列に由来する ODN が、筋芽細胞の分化を強力に促進することを見出しました。私たちは、この ODN を myoDN と名付け、その作用機序の解明と応用展開を進めています。

By the screening system for murine myoblasts, we found a series of bacterial ODNs that intensively promote myogenic differentiation. These ODNs are derived from the genomic sequence of Lactobacillus rhamnosus GG which are living in human gut and utilized for yogurt. We named these ODNs "myoDNs". We are studying action mechanism and application of myoDNs.

乳酸菌 ODN のスクリーニング結果 / Screening results of bacterial ODNs
Fig 1. 乳酸菌 ODN のスクリーニング結果 / Screening results of bacterial ODNs
(MHC+ cells, 筋細胞 / myocytes. DAPI+ cells, 細胞数 / Number of cells)

myoDN の筋特異的作用 / Muscle-specific action of myoDN

myoDN を投与したマウスおよびニワトリ筋芽細胞では、筋分化の促進とともに細胞分裂の抑制が認められました。一方、マウス線維芽細胞に myoDN を投与しても細胞増殖に変化は見られませんでした。これらの実験から、myoDN の作用の本質は筋分化の促進であること、筋芽細胞の増殖抑制は筋分化の結果に伴う二次的なものであると考えられました。

myoDN induced differentiation and suppressed proliferation of murine and chick myoblasts. Whereas myoDN did not affect proliferation of murine fibroblasts. These results demonstrate that myoDN essentially promote myogenic differentiation, and the inhibited cell growth is the resulting of enhanced differentiation.

myoDN の筋特異的作用 / Muscle-specific action of myoDN
Fig 2. myoDN の筋特異的作用 / Muscle-specific action of myoDN

myoDN の構造活性相関 / Structure-activity relationship of myoDN

myoDN の活性には立体構造が重要であることが、幾つかの実験結果から示されています。私たちは、myoDN の分子構造をシミュレーションすることで、myoDN の構造活性相関を明らかにしようとしています。また、myoDN の立体構造を安定化する分子の探索にも取り組んでいます。

Some experimental results suggest that 3-dimensional structure is critically important for myoDN activity. We are trying to clarify the structure-activity relationship of myoDN by simulating its molecular architecture. We also started to find the molecule which serves as a myoDN stabilizer.

myoDN の立体構造 / Molecular structure of myoDN
Fig 3. myoDN の立体構造 (シミュレーション) / Molecular structure of myoDN (simulation)
(梅澤公二先生による / by Dr Koji Umezawa)

myoDN の応用展開 / Application of myoDN

骨格筋分化を特異的に誘導する myoDN には、以下のような応用展開が考えられます。私たちは現在、これらの可能性を順次検証しています。

myoDN which specifically induces myogenic differentiation can be applied to following fields. We are investigating whether myoDN is applicable to these cases.

参考文献 / References

Hall JA, Bouladoux N, Sun CM, Wohlfert EA, Blank RB, Zhu Q, Grigg ME, Berzofsky JA, Belkaid Y. Commensal DNA limits regulatory T cell conversion and is a natural adjuvant of intestinal immune responses. Immunity. 2008; 29: 637-649.