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Elucidation of Keap1/Nrf2-mediated control system of bone metabolism and application to in silico drug discovery

Research Project

Project/Area Number 16K11480
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Research Field Functional basic dentistry
Research InstitutionNagasaki University

Principal Investigator

SAKAI Eiko  長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (10176612)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 筑波 隆幸  長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 教授 (30264055)
西下 一久  長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 助教 (20237697)
岡元 邦彰  長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 准教授 (10311846)
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2016: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Keywords破骨細胞 / Keap1 / Nrf2 / 創薬 / osteoclast / NFATc1 / Osteoclast / MafB / IRF-8 / PGC-1beta / ミトコンドリア / 歯学 / 薬理学 / ストレス / 老化 / トランスレーショナルリサーチ
Outline of Final Research Achievements

We revealed that Nrf2 activation, which reduces oxidative stress, not only suppresses osteoclast differentiation, but also inhibits osteoblast differentiation. However, contrary to expectation, no remarkable abnormality of the skeleton was observed.Furthermore, we constructed Keap1/Nrf2 double knockout mice to determine whether the cause of marked suppression of osteoclast differentiation in Keap1 deficiency is due to constitutive activation of Nrf2.
As a result, it was revealed that the constitutive activation of Nrf2 raises the expression of MafB, a NFATc1 inhibitor molecule, and negatively regulates osteoclast differentiation.On the other hand, among 1360 kinds of synthetic compounds and marine microorganism-derived components, those having an osteoclast differentiation inhibitory effect at very low concentrations, or those activating Nrf2 were found.Administration of candidate compounds to pathological model mice and analysis of pathological conditions were conducted.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

酸化ストレスを減らすことは体にとって良いイメージがあるが、本研究によって、Nrf2の恒常的な活性化は、破骨細胞や骨芽細胞の分化を阻害し、必ずしも骨にとって有益なことばかりではないことが明らかになった。しかしNrf2をマイルドに活性化する化合物は、骨芽細胞分化を促進することも見出した。高齢化社会を迎え、日本の総人口の10% 弱が骨粗鬆症といわれている。骨粗鬆症の第1選択薬であるビスフォスフォネート製剤に顎骨壊死の副作用が報告されてから、より安全な薬の開発が望まれている。本研究は新薬開発を目指した基礎的研究である。

Report

(4 results)
  • 2018 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2017 Research-status Report
  • 2016 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] <b>Dihydroartemisinin represses osteoclastogenesis of bone marrow macrophages through reduced NFATc1 expression and impaired phosphorylation of </b><b>IκBα </b>2018

    • Author(s)
      Komaki S, Sakai E, Fukuma Y, Nishishita K, Okamoto K, Tsukuba T.
    • Journal Title

      Biomedical Research

      Volume: 39 Issue: 4 Pages: 169-177

    • DOI

      10.2220/biomedres.39.169

    • NAID

      130007432891

    • ISSN
      0388-6107, 1880-313X
    • Year and Date
      2018-08-01
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Rutaecarpine attenuates osteoclastogenesis by impairing M-CSF and RANKL-stimulated signaling pathways.2018

    • Author(s)
      Fukuma Y, Sakai E, Komaki S, Nishishita K, Okamoto K, Tsukuba T.
    • Journal Title

      Clin Exp Pharmacol Physiol.

      Volume: 印刷中 Issue: 8 Pages: 863-865

    • DOI

      10.1111/1440-1681.12941

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Effects of deficiency of Kelch-like ECH-associated protein 1 on skeletal organization: a mechanism for diminished nuclear factor of activated T cells cytoplasmic-1 during osteoclastogenesis2017

    • Author(s)
      Sakai E., Morita M., Ohuchi M., Kido MA., Fukuma Y., Nishishita K., Okamoto K., Itoh K., Yamamoto M, and Tsukuba T
    • Journal Title

      FASEB Journal

      Volume: 31 Issue: 9 Pages: 4011-4022

    • DOI

      10.1096/fj.201700177r

    • Related Report
      2017 Research-status Report 2016 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Effects of deficiency of Kelch-like ECH-associated protein 1 on osteoclastogenesis by constitutive activation of nuclear factor E2 p45-related factor 22018

    • Author(s)
      Sakai E, Yamaguchi Y, Fukuma Y, Nishishita K, Tsukuba T
    • Organizer
      18th World congress of basic and clinical pharmacology
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 電子顕微鏡による硬組織・細胞・リン酸カルシウムの親水環境での観察2018

    • Author(s)
      佐藤主税, Memtily Nassirhadjy, 籏野悠里, 佐藤真理, 坂井詠子
    • Organizer
      第38回日本骨形態計測学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Keap1 遺伝子欠損は in vivo および in vitro において骨の細胞分化を抑制する2017

    • Author(s)
      坂井詠子、福間裕、西下一久、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第90回日本薬理学会年会
    • Place of Presentation
      長崎ブリックホール(長崎県・長崎市)
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Dihydroartemisinin の破骨細胞分化抑制効果2017

    • Author(s)
      小巻俊介、坂井詠子、福間裕、西下一久、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第90回日本薬理学会年会
    • Place of Presentation
      長崎ブリックホール(長崎県・長崎市)
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ルテカルピンによる破骨細胞分化抑制効果2017

    • Author(s)
      福間裕、坂井詠子、小巻俊介、西下一久、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第90回日本薬理学会年会
    • Place of Presentation
      長崎ブリックホール(長崎県・長崎市)
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 歯科用レジンモノマーであるHEMAとTEGDMAは細胞毒性は低く破骨細胞分化を抑制する2017

    • Author(s)
      稲光宏之、岡元邦彰、坂井詠子、西下一久、筑波隆幸
    • Organizer
      第90回日本薬理学会年会
    • Place of Presentation
      長崎ブリックホール(長崎県・長崎市)
    • Year and Date
      2017-03-15
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] ヘムオキシゲナーゼ1の発現抑制はカスパーゼ3の活性化、HMGB1の細胞外遊離と破骨細胞分化に必要である2017

    • Author(s)
      坂井詠子、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第59回歯科基礎医学会サテライトシンポジウム
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] Keap1遺伝子欠損はIRF-8とMafBの発現上昇を介して破骨細胞分化を抑制する2017

    • Author(s)
      坂井詠子、城戸瑞穂、福間裕、西下一久、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第59回歯科基礎医学会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] KBTBD11, a novel BTB-Kelch protein, is a negative regulator of osteoclastogenesis through controlling Cullin3-mediated ubiquitination of NFATc12017

    • Author(s)
      Narahara S., Sakai E., Kadowaki T., Yamaguchi Y., Narahara H., Okamoto K., Asahina I., and Tsukuba T
    • Organizer
      ASCB/EMBO 2017 meeting
    • Related Report
      2017 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Keap1 遺伝子欠損は Nrf2の活性化を介して破骨細胞分化を抑制する2017

    • Author(s)
      坂井詠子、福間裕、西下一久、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第90回日本生化学会
    • Related Report
      2017 Research-status Report
  • [Presentation] tert-ButylhydroquinoneによるIrf8とMafBの発現増加を介した破骨細胞分化抑制機構2016

    • Author(s)
      坂井詠子、山口優、福間裕、西下一久、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第89回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      仙台国際センター・東北大学川内北キャンパス(宮城県仙台市)
    • Year and Date
      2016-09-25
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] Keap1遺伝子欠損はIrf8の発現上昇を介して破骨細胞分化を抑制する2016

    • Author(s)
      坂井詠子、福間裕、西下一久、岡元邦彰、筑波隆幸
    • Organizer
      第58回歯科基礎医学会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道、札幌市)
    • Year and Date
      2016-08-24
    • Related Report
      2016 Research-status Report
  • [Presentation] 骨芽細胞分化における転写因子TFEBの関与2016

    • Author(s)
      岡元邦彰、坂井詠子、西下一久、筑波隆幸
    • Organizer
      第58回歯科基礎医学会
    • Place of Presentation
      札幌コンベンションセンター(北海道、札幌市)
    • Year and Date
      2016-08-24
    • Related Report
      2016 Research-status Report

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Published: 2016-04-21   Modified: 2020-03-30  

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