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ヒト初代骨格筋細胞の筋原性進行期のメタボローム解析
Metabolomic analysis of primary human skeletal muscle cells during myogenic progression.
PMID: 32678274 DOI: 10.1038/s41598-020-68796-4.
抄録
骨格筋は、グリコーゲン、グルコース、遊離脂肪酸、クレアチニンリン酸などの基質を用いてエネルギーを生成することで、総体重の30％以上を占めています。その結果、多核化した筋線維や常駐する単核化幹細胞（サテライト細胞）はいくつかの代謝物を生成し、これらの代謝物は循環に入り、特に運動時や萎縮時には他の臓器の機能に影響を与えます。本研究の目的は、高分解能オービトラップ融合トライブリッド質量分析計を用いたアンターゲットメタボロミクスアプローチにより、筋原性進行中のヒト初代骨格筋細胞の代謝物の包括的なプロファイルを構築することである。多変量統計解析による代謝物の同定により、増殖中の筋芽細胞と分化中の筋芽細胞の間でメタボロームプロファイルがグローバルにシフトし、分化初期と分化後期の培養物間で明確に分離可能なプロファイルが示されました。71 種類のユニークな代謝産物の経路解析から、パントテン酸代謝、コエンザイム A 生合成、アルギニン プロリン代謝が増殖期の筋芽細胞で支配的な役割を果たす一方、ビタミン B6、グリオキシル酸、ジカルボン酸、窒素、グルタチオン、トリプトファン代謝に関与する代謝産物は分化期に増加することが明らかになりました。また、分化初期と分化後期では、フェニルアラニン、チロシン、グリシン、セリン、スレオニンの代謝に違いが見られた。これらの結果は、前駆筋芽細胞からの筋の成熟期における代謝産物を同定し、筋の再生と病態生理に影響を与えていることを示している。
Skeletal muscle constitutes more than 30% of total body mass using substrates such as glycogen, glucose, free fatty acids, and creatinine phosphate to generate energy. Consequently, multinucleated myofibers and resident mononucleated stem cells (satellite cells) generate several metabolites, which enter into circulation affecting the function of other organs, especially during exercise and atrophy. The present study was aimed at building a comprehensive profile of metabolites in primary human skeletal muscle cells during myogenic progression in an untargeted metabolomics approach using a high resolution Orbitrap Fusion Tribrid Mass Spectrometer. Identification of metabolites with multivariate statistical analyses showed a global shift in metabolomic profiles between myoblasts undergoing proliferation and differentiation along with distinctly separable profiles between early and late differentiating cultures. Pathway analyses of 71 unique metabolites revealed that Pantothenate metabolism and Coenzyme A biosynthesis and Arginine Proline metabolism play dominant roles in proliferating myoblasts, while metabolites involved in vitamin B6, Glyoxylate and Dicarboxylate, Nitrogen, Glutathione, and Tryptophan metabolism were upregulated during differentiation. We found that early and late differentiating cultures displayed differences in Phenylalanine, Tyrosine, Glycine, Serine and Threonine metabolism. Our results identify metabolites during maturation of muscle from progenitor myoblasts that have implications in muscle regeneration and pathophysiology.