骨格筋分化を促進する乳酸菌オリゴ DNA の探索と機能解析

骨格筋分化を促進する乳酸菌オリゴ DNA の探索と機能解析

進士彩華.

信州大学 農学部 応用生命科学科.

Abstract

【背景・目的】超高齢化社会では加齢性筋委縮 (サルコペニア) を含むロコモティブ症候群が増加しており、筋力や筋量の維持が重要な課題となっている。骨格筋は、衛星細胞と呼ばれる幹細胞によって恒常性が保たれている。幹細胞が活性化した筋芽細胞は、細胞分裂によって増殖した後、筋細胞へと分化し、最終的に既存の筋線維と融合する。しかし、筋芽細胞の分化能は加齢によって減弱することが知られている。そこで本研究では、多彩な生理作用を示すオリゴ DNA (ODN) に着目し、筋芽細胞の分化を促進する ODN 配列の探索と解析を行った。

【方法】マウス骨格筋組織から採取・培養した筋芽細胞を試験に用いた。スクリーニングには、乳酸菌 Lactobacillus rhamnosus GG のゲノム配列に由来する 18 塩基の ODN を供した。筋芽細胞に 10 uM の ODN を投与し、48 時間後に骨格筋の最終分化マーカーであるミオシン重鎖 (MHC) の免疫染色を行った。また、ODN を投与した細胞の RNA を回収し、遺伝子発現を qPCR で定量した。

【結果・考察】スクリーニングの結果、筋芽細胞から MHC 陽性の筋細胞への分化を顕著に促進する新規 ODN (iSN04) を同定した。iSN04 は、濃度依存的に筋芽細胞の増殖を抑制したが、線維芽細胞の増殖には影響しなかった。以上の結果から、iSN04 は骨格筋分化を特異的に促進することで、筋芽細胞の増殖を抑制すると考えられた。他の ODN 配列との比較から、iSN04 に含まれるテロメア配列が活性に重要であることが示唆された。iSN04 の立体構造を分子シミュレーションにより解析した結果、テロメア配列中の GGG は互いに近接していることが示された。変異 iSN04 の実験から、この GGG 配列が筋分化促進作用に必須であることが明らかになった。さらに、テロメア配列に結合することが知られているアルカロイド分子ベルベリンが、iSN04 と結合することを見出した。iSN04-ベルベリン複合体は、iSN04 単体よりも強力に筋芽細胞の分化を促進した。ベルベリン単体には筋分化促進作用を認めないことから、ベルベリンは iSN04 の構造を安定化させることで、その作用を増強すると考えられる。

次に、骨格筋の腫瘍である横紋筋肉腫 (rhabdomyosarcoma; RMS) に対する iSN04 の作用を検討した。RMS の一部は筋芽細胞が起源であり、筋分化を誘導することでその増殖や転移を抑制できると考えられている。試験には、７歳女児の骨盤に生じたRMSから樹立された RD 株を用いた。iSN04 を投与した RD 細胞の増殖は、対照群に比べ有意に抑制された。アポトーシス関連遺伝子である Bax、Bcl-2、Bcl-xL の発現量は、iSN04 投与による変化を認めなかった。一方、iSN04 投与群では、骨格筋分化マーカーである myogenin および MHC の発現量が増加し、細胞分裂マーカー Ki67 の発現量が減少していた。以上の結果から、iSN04 は RMS の筋分化を誘導することでその増殖を抑制していることが示唆された。

iSN04 は骨格筋分化を促進する ODN として初めての例である。iSN04 と、その作用を増強するベルベリンは、ロコモティブ症候群を予防する機能性食品、横紋筋肉腫の治療薬、食肉の増産に資する家畜飼料などへの応用が期待される。