冬眠中の哺乳動物の骨格筋ミオシンの代謝状態の改造

核心概念

冬眠中の哺乳動物では、骨格筋ミオシンの代謝状態が変化し、エネルギー消費が最適化されている。

要約

本研究は、冬眠中の哺乳動物の骨格筋ミオシンの代謝状態の変化を明らかにすることを目的としている。

小型冬眠動物(アーミンリスとガーデンドーマウス)と大型冬眠動物(ヒグマとクマ)の骨格筋繊維を分離し、ミオシンの動態と ATP 消費量を測定した。

小型冬眠動物では、冬眠期(トルポール)に、ミオシンのATP回転時間が短縮し、ATP消費量が増加することが分かった。一方、大型冬眠動物では、冬眠期でもミオシンの代謝状態に変化はみられなかった。

さらに、小型冬眠動物のミオシンでは、トルポール期に特定のリン酸化部位の増加が観察された。この修飾はミオシン分子の安定性を高めると予測された。

以上の結果から、冬眠中の哺乳動物では、ミオシンの代謝状態の変化がエネルギー消費の最適化に寄与していることが示唆された。特に、小型冬眠動物では、低体温への適応のためにミオシンのATP消費を抑制する機構が備わっていることが明らかになった。

統計

体重が小さい冬眠動物では、トルポール期のタイプII筋線維でミオシンのATP回転時間が20°Cで77-107%短縮する。
体重が大きい冬眠動物では、冬眠期でもミオシンのATP回転時間に変化はない。
アーミンリスのミオシンタンパク質では、トルポール期にThr1039、Ser1240、Ser1300のリン酸化が亢進している。

引用

"小型冬眠動物では、冬眠期(トルポール)に、ミオシンのATP回転時間が短縮し、ATP消費量が増加する。"
"大型冬眠動物では、冬眠期でもミオシンの代謝状態に変化はみられない。"
"アーミンリスのミオシンタンパク質では、トルポール期にThr1039、Ser1240、Ser1300のリン酸化が亢進している。"

抽出されたキーインサイト

Remodelling of skeletal muscle myosin metabolic states in hibernating mammals

by Lewis,C. T. ... 場所 www.biorxiv.org 11-16-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.11.14.566992v2

深掘り質問

冬眠中の哺乳動物以外の動物でも、ミオシンの代謝状態の変化が見られるだろうか?

この研究から得られた知見は、冬眠中の小型哺乳動物（I. tridecemlineatusやE. quercinus）において、ミオシンの代謝状態が予想外に変化することを示しています。これにより、ミオシンによるエネルギー消費が増加し、特にタイプII筋線維でのATP消費が増加することが明らかになりました。したがって、他の動物種でも同様の代謝状態の変化が見られる可能性があります。特に、冬眠や寒冷暴露などの状況下でのミオシンの役割や代謝状態の変化を調査することで、他の動物種におけるミオシンの影響を理解することが重要です。

他の分子メカニズムはあるだろうか?

ミオシンの代謝状態の変化以外に、冬眠適応に関与する他の分子メカニズムも考えられます。例えば、ミオシンと相互作用するタンパク質や周囲のタンパク質の変化、ヒートショックタンパク質（HSP）の発現変化、および筋線維のタイプII特異的タンパク質の調節などが挙げられます。さらに、ミオシンのPTM（後翻訳修飾）やタンパク質発現の再編成が、ミオシンフィラメントの安定性を変化させる可能性があります。これらの分子メカニズムがミオシンの代謝状態の変化と相互作用して、冬眠中の生理的適応に寄与している可能性があります。

ミオシンの代謝状態の変化は、冬眠以外の生理的状態でも観察されるだろうか?

ミオシンの代謝状態の変化が冬眠以外の生理的状態でも観察される可能性があります。特定の病態や運動刺激に対するヒトの研究では、静止した単離された筋線維におけるミオシンのATP回転時間の変化が報告されています。これらの変化が実際にどのような影響を及ぼすかは徹底的に調査されていませんでしたが、ミオシンの代謝状態の変化が他の生理的状態でも観察される可能性があります。さらに、ミオシンの代謝状態の変化が、筋肉の温度感受性や非振動性熱産生にどのように関連しているかを調査することで、他の生理的状態におけるミオシンの役割を理解することが重要です。