東京慈恵会医科大学細胞生理学講座の福田紀男准教授と量子科学技術研究開発機構（QST）高崎量子応用研究所の石井秀弥研究員、大山廣太郎主幹研究員、大阪大学蛋白質研究所の鈴木団准教授らを中心とする共同研究チームは、骨格筋が心臓よりも温度の変化に敏感に反応することを明らかにしました。

私たちの身体を動かす筋肉（骨格筋）は、神経からの電気信号に応じて、筋細胞内のタンパク質が活性化して収縮します。本研究グループはこれまで、筋収縮の温度感受性を精密に評価できる顕微解析法を開発し、筋肉から抽出して精製した主要なタンパク質を用いることで、心臓が体温付近で効率よく収縮できる性質を備えていることを明らかにしてきました。しかし、骨格筋の温度と関わる性質は良く分かっておらず、心臓とどのように違うのかについても不明でした。

そこで本研究では、骨格筋と心筋の精製タンパク質を用いて筋収縮システムを再構成し、両者の性質の違いを調べました。そして骨格筋の筋収縮システムが、心臓の筋収縮システムよりも約2℃高くないと活性化しない一方で、体温付近では、温度の上昇に対して心臓よりも1.6倍ほど鋭敏に応答することが分かりました。この結果は、常に拍動している心臓とは異なり、骨格筋には「不要な時は動かず、必要な時は必要な力を瞬時に出す性質」が備わっていることを示唆します。本成果は、運動前のウォーミングアップが筋肉のパフォーマンスを高めるメカニズムを、タンパク質のレベルで新たに説明するものです。また、筋肉のタンパク質が温度センサーとして機能するという事実の発見は、骨格筋を温めることで機能を向上させる温熱療法へと発展し、今後迎える超高齢化社会への一助となることが期待されます。

研究成果は米国の生理学雑誌「Journal of General Physiology」に 2023年10月23日23時（日本時間）にオンライン掲載されました。

(図1)筋肉の階層構造と細いフィラメントの活性化。筋肉が弛緩する低Ca^2＋濃度では、トロポニン・トロポミオシン複合体がアクチンフィラメントとミオシン分子の相互作用を阻害する(OFF状態)。細胞内Ca²⁺濃度が上昇すると、トロポニン・トロポミオシン複合体にCa²⁺が作用し、アクチンフィラメントにミオシン分子が結合できる状態(ON状態)になることで、筋収縮が始まる。加熱された細いフィラメントは低Ca²⁺濃度にも関わらずON状態になる。

雑誌名：Journal of General Physiology
論文名：Myosin and tropomyosin-troponin complementarily regulate thermal activation of muscles
執筆者名：Shuya Ishii (石井秀弥)^1,2,*,#, Kotaro Oyama (大山廣太郎)^1,2,*, Fuyu Kobirumaki -Shimozawa (小比類巻生)², Tomohiro Nakanishi (中西智博)², Naoya Nakahara (中原直哉)², Madoka Suzuki (鈴木団)^3,#, Shin’ichi Ishiwata (石渡信一)⁴, Norio Fukuda (福田紀男)^2,# (^*共同第一著者; ^#共同責任著者)
著者所属：1: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構、2: 東京慈恵会医科大学、3: 大阪大学、4: 早稲田大学
DOI：10.1085/jgp.202313414 

プレスリリース資料はこちらをご覧ください。

研究者からひと言

同じ肉でも骨格筋と心筋は（焼き鳥で言うならば正肉とハツ）こんなところからして違うのか、という驚きがありました。ウォーミングアップのようなスポーツ医学は、高齢者医学の点からも重要です。今回のように基礎的な知識の積み重ねを土台として、私たちの日常により身近な技術開発にもつなげて行けたら、と考えています。