The therapeutic applications of RANKL working as a bone-formation-stimulating receptor

• Project/Area Number: 17F17124
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 外国
• Research Field: Dental engineering/Regenerative dentistry
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 青木 和広 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (40272603)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): KHAN MASUD 東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 外国人特別研究員 ; KHAN MD ABDULLA Al Masud 東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2017-04-26 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: RANKL結合ペプチド / RANKLクラスタリング / 骨芽細胞分化促進 / 膜上RANKL分子 / 骨形成促進剤 / RANKL / 局所の骨形成 / 人工エクソソーム / 高速AFM / クラスタリング / OPG / 骨芽細胞分化

Outline of Annual Research Achievements

歯科臨床では、局所の骨形成促進剤としてFGF-2などのタンパク製剤が使われているが、垂直性に骨量を増加させうる新規の骨形成促進剤はまだ臨床では用いられていない。我々は新たな骨形成促進剤開発の為に、破骨細胞分化促進因子であるRANKLに結合するペプチドが骨形成促進作用を示すことを明らかにしてきた。また、その骨量造成作用はBMP-2と合わせて用いれば、FGF-2単体ではなしえない垂直性の骨量造成を誘導する。一方、RANKLに結合するオステオプロテゲリン（OPG)や抗RANKL抗体には骨吸収抑制作用はあっても、骨形成促進作用は伴わない。このことは、RANKLに結合する分子がすべて骨形成促進作用を発揮するわけではないことを示している。
本研究ではRANKLに結合するペプチドの骨形成促進作用発現メカニズムが、細胞膜上のRANKL分子の集合化（クラスタリング）誘導に関与すると仮定し、膜RANKLのクラスタリングを誘導すれば、新規骨形成促進剤開発への糸口がつかめるのではないかと考え、実験を進めた。
2018年度は東京大学病院薬剤部との共同研究により、骨芽細胞の膜上RANKLが初期の骨芽細胞分化を促進させる受容体として働くことを明らかにし、Nature誌に発表することができた。破骨細胞が成熟してくると破骨細胞由来のRANKを多く載せた小胞を多く分泌するようになるが、この破骨細胞由来の分泌小胞をマウスの頭蓋骨欠損部に適応させるとBMP-2に匹敵する骨形成促進作用を示すことを外国人特別研究員のDr. Masud Khanが明らかにした。さらに、骨芽細胞の膜上にあるRANKL分子は、成熟破骨細胞由来分泌小胞刺激により増加してくるが、RANKL結合ペプチド刺激によっても、またOPG-FcをIgMでクラスタリング誘導しても増加することにより骨芽細胞分化が促進される可能性が明らかとなった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Associate Prof. Ramachandran Murali/Department of Biomedical Sciences/Cedars-Sinai Medical Center(米国)
• [Int'l Joint Research] Associate Prof. Ramachandran Murali/Department of Biomedical Sciences/Cedars-Sinai Medical Center(米国)
• [Journal Article] The clustering-induction of RANKL molecules could stimulate early osteroblast differentiation (2019)
  • Author(s): E. Sone, D. Noshiro, Y. Ikebuchi, M. Nakagawa, M. Khan, Y. Tamura, M. Ikeda, M. Oki, R. Murali, T. Fujimori, T. Yoda, M. Honma, H. Suzuki, T. Ando, and K. Aoki
  • Journal Title: Biophys. Biochem. Res. Commun. Volume: 509 Issue: 2 Pages: 435-440
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.12.093
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Coupling of bone resorption and formation by RANKL reverse signalling. (2018)
  • Author(s): Ikebuchi Y, Aoki S, Honma M, Hayashi M, Sugamori Y, Khan M, Kariya Y, Kato G, Tabata Y, Penninger JM, Udagawa N, Aoki K, Suzuki H
  • Journal Title: Nature Volume: 561 Issue: 7722 Pages: 195-200
  • DOI: 10.1038/s41586-018-0482-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] RANKL結合ペプチドによる骨形成促進メカニズムの検討. (2018)
  • Author(s): 曽根 絵梨, Masud Khan, 能代 大輔, 池淵 祐樹, 本間 雅, 田村 幸彦, 菅森 泰隆, 鈴木 洋史, 宇田川 信之, 青木 和広.
  • Organizer: 第38回日本骨形態計測学会 （2018.06.22 大阪市）