Cartilage protection by mechanical stress - changes of Exosome contents-

• Project/Area Number: 19K09627
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: National Defense Medical College (2023); Okayama University (2019-2020)
• Principal Investigator: 大月 孝志 防衛医科大学校(医学教育部医学科進学課程及び専門課程、動物実験施設、共同利用研究施設、病院並びに防衛, 外科学, 助教 (10534802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古松 毅之 岡山大学, 大学病院, 講師 (20432651) ; 西田 圭一郎 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (80284058) ; 廣畑 聡 岡山大学, 保健学研究科, 教授 (90332791)
• Project Period (FY): 2022-11-15 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: エクソソーム / メカノセンサー / マトリックス / 軟骨細胞 / miRNA / 変形性関節症 / 細胞外小胞 / 炎症性サイトカイン / 軟骨 / メカニカルストレス / 細胞外マトリックス

Outline of Research at the Start

変形性関節症では関節軟骨が損傷し、痛みが生じ生活の質が低下する。
強いメカニカルストレス（MS）は関節軟骨の成分を分解する酵素を誘導する。これらの酵素が軟骨を分解し変形性関節症を発症・進展させると考えられてきた。
しかし、我々はMSは条件によっては軟骨を保護する方向に働くことを見いだしている。この作用はメカノセンサーを介した直接効果だけではなく、MSがもたらす細胞間の情報伝達機能を担うエクソソーム（EVs）という小胞の変化による可能性が考えられる。サイトカインで誘導された軟骨破壊性EVsから軟骨保護性EVsへの変化をmiRNAやmRNAあるいはタンパク解析によって行う。

Outline of Annual Research Achievements

軟骨細胞に対し炎症性サイトカイン（Interleukin-1β（IL-1β））、炎症性サイトカイン＋メカニカルストレスを加え軟骨細胞が培地中に産生するエクソソームを回収し、含有するmiRNA、エクソソーム自身を構成するタンパクを解析する。
miRNAの解析はRNA-seqにて行い、エクソソームタンパク構成の解析はマス分析にて行う。
miRNA解析に必要なエクソソーム、培養上清の量を割り出しパイロット分析を行っている。また、マス分析でも同様に必要量を割り出しサンプル処理、少量によるパイロット分析まで行っている。
また、培養上清から回収したエクソソームを軟骨細胞の培養液に添加して軟骨細胞の再生するマトリックス分解酵素、マトリックス構成成分の発現量の変化をRT-qPCR法にて検出した。現時点では無処理の軟骨細胞培養上清、サイトカインした軟骨細胞培養上清における作用に違いは見られていない。回収したエクソソームは容易に凝集体を形成することが粒子径分布測定で確認されている。粒子径分布と粒子数の両方を揃えることでより正確にサイトカイン処理によるエクソソームの作用の変化を議論する必要があることが分かってきた。細胞レベルでのエクソソームの変化を見出した後に、ラット変形性関節症モデルにエクソソームを投与することで、臨床応用の為の基礎データを収集する予定である。詳細な解析を行うには更に多くの培養上清、培養期間が必要となるが、以降は海外留学より帰国してから再開したい。

Research Products

• [Journal Article] Induction of CEMIP in chondrocytes by inflammatory cytokines: underlying mechanisms and potential involvement in osteoarthritis. (2020)
  • Author(s): Ohtsuki T, Hatipoglu OF, Asano K, Inagaki J, Nishida K, Hirohata S.
  • Journal Title: Int J Mol Sci Volume: 21 Issue: 9 Pages: 3140-3140
  • DOI: 10.3390/ijms21093140
  • NAID: 120006860099
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mechanical strain attenuates cytokine-induced ADAMTS9 expression via transient receptor potential vanilloid type 1 (2019)
  • Author(s): Ohtsuki T, Shinaoka A, Kumagishi-Shinaoka K, Asano K, Hatipoglu OF, Inagaki J, Takahashi K, Oohashi T, Nishida K, Naruse K, Hirohata S
  • Journal Title: Experimental Cell Research. Volume: 383 Issue: 2 Pages: 111556-111556
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2019.111556
  • NAID: 120006842048
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Bile Acid Metabolism is an Intermediary Factor between Non-Alcoholic Steatohepatitis and Ischemic Heart Disease in SHRSP5/Dmcr Rats (2019)
  • Author(s): Kumazaki Shota、Nakamura Mayu、Sasaki Shun、Tagashira Rina、Maruyama Nozomi、Sato Ikumi、Yamamoto Shusei、Ran Shang、Usui Shinichi、Shinohata Ryoko、Ohtsuki Takashi、Hirohata Satoshi、Kitamori Kazuya、Mori Mari、Yamori Yukio、Watanabe Shogo
  • Journal Title: Journal of Nutrition & Food Sciences Volume: 09 Issue: 04 Pages: 763-763
  • DOI: 10.35248/2155-9600.19.9.763
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The Mechanism of Cardioprotective Effect of Eosinophil Cationic Protein in Anticancer Drug- induced Cardiotoxicity Model (2020)
  • Author(s): Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Takashi Ohtsuki, Junko Inagaki, Kentaro Ikemura, Shintaro kodama, Satoshi Hirohata
  • Organizer: 第84回日本循環器学会学術集会(WEB開催)
• [Presentation] MoleculeX siRNA attenuates bleomycin-induced pulmonary fibrosis. (2020)
  • Author(s): Omer Faruk Hatipoglu, Takahashi Hideo, Nishinaka Takashi, Ohtsuki Takashi, Inagaki Junko, Ikemura Kentaro, Hirohata Satoshi
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会(WEB開催)
• [Presentation] 変形性関節症に有効な新規化合物の探索 (2020)
  • Author(s): 中野 愛梨、稲垣純子、大月孝志、兒玉慎太郎、オメル・F・ハティポ-ル、池村 健太郎、安藤 亮典、畑本 早紀子、立木美穂、ガブリエル オポク、西田圭一郎、廣畑 聡
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会(WEB開催)
• [Presentation] NF-κBを介したCEMIP発現誘導の解析 (2020)
  • Author(s): 兒玉慎太郎、大月孝志、オメル・F・ハティポ-ル、池村 健太郎、安藤 亮典、中野 愛梨、畑本 早紀子、立木美穂、ガブリエル オポク、稲垣純子、西田圭一郎、廣畑 聡
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会(WEB開催)
• [Presentation] The role of ADAMTS1 in ventral wall development (2020)
  • Author(s): Omer Faruk Hatipoglu, Chang Lu, Kentaro Ikemura, Yan Wanyu, Junko Inagaki, Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Takashi Ohtsuki, Satoshi Hirohata
  • Organizer: Research symposium for next generation 2020 in Okayama university
• [Presentation] The Mechanism of Cardioprotective Effect of Eosinophil Cationic Protein in Anticancer Drug-induced Cardiotoxicity Model (2020)
  • Author(s): Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Takashi Ohtsuki, Junko Inagaki, Kentaro Ikemura, Shintaro Kodama, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The 84th Annual meeting of the Japanese Circulation Society
• [Presentation] MoleculeX siRNA attenuates bleomycin-induced pulmonary fibrosis (2019)
  • Author(s): Omer Faruk Hatipoglu, E Uctepe, E. Gunduz, M. Gunduz, M. Acar, T Ohtsuki, J Inagaki, S Hirohata
  • Organizer: Joint Conference of 51th Annual Meeting of the Japanese Society of Connective Tissue Research (JSCTR)
• [Presentation] Cardioprotective effect of eosinophil cationic protein in rat cardiotoxicity model caused by anti-cancer agent (2019)
  • Author(s): Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Kentaro Ikemura, Junko Inagaki , Takashi Ohtsuki, Omer Faruk Hatipoglu, Shogo Watanabe, Satoshi Hirohata
  • Organizer: Joint Conference of 51th Annual Meeting of the Japanese Society of Connective Tissue Research (JSCTR)
• [Presentation] Isolation and functional screening of osteoarthritis related miRNA (2019)
  • Author(s): Miho Tachiki, Omer faruk Hatipogl, Takashi Ohtsuki, Junko Inagaki, Takuto Nishimura, Yuka Ooka, Kentaro Ikemura, Chang Lu, Yan Wanyu, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The 14th JAPANESE ASSOCIATION OF MEDICAL TECHONOLOGY EDUCATION
• [Presentation] Heart protective effects of eosinophyl cationic protein was assayed using by toxinc drug model (2019)
  • Author(s): Takuto Nishimura, Omer faruk Hatipogl, Takashi Ohtsuki, Junko Inagaki, Miho Tachiki, Chang Lu, Yan Wanyu,Kentaro Ikemura, Kentaro Kodama, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The 14th JAPANESE ASSOCIATION OF MEDICAL TECHONOLOGY EDUCATION
• [Presentation] Isolation and characterization of OA related extracellular vesicles (2019)
  • Author(s): Takashi Ohtsuki, Shintaro Kodama, Yan Wanyu, Liu Guole, Omer Faruk Hatipoglu, Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Junko Inagaki, Hiroshi Yamada, Takayuki Furumatsu, Keiichiro Nishida, Satoshi Hirohata
  • Organizer: 11th Annual Meeting of the Japan CCN family study group
• [Presentation] Cartilage matrix regeneration by understanding miRNA and Exosomes (2019)
  • Author(s): Takashi Ohtsuki, Yan Wanyu, Shintaro Kodama, Liu Guole, Omer Faruk Hatipoglu, Junko Inagaki, Ken Takahashi, Hiroshi Yamada, Toshitaka Ohashi, Takayuki Furumatsu, Keiichiro Nishida, Yasunori Okada, Suneel S, Apte, Satoshi Hirohata
  • Organizer: Brainstorming 2019
• [Presentation] Analysis of exosome uptake by chondrocyte (2019)
  • Author(s): Shitaro Kodama, Yan Wanyu, Liu Guole, Takashi Ohtsuki, Omer Faruk Hatipoglu, Takuto Nishimura, Miho Tatiki, Junko Inagaki, Hiroshi Yamada, Keiichiro Nishida, Sun Liankun, Satoshi Hirohata
  • Organizer: Brainstorming 2019
• [Presentation] CD9 antibody treated Extracellular Vesicles reduced uptake by chondrocyte (2019)
  • Author(s): Takashi Ohtsuki, Yan Wanyu, Shintaro Kodama, Liu Guole, Omer Faruk Hatipoglu, Junko Inagaki, Hiroshi Yamada, Takayuki Furumatsu, Keiichiro Nishida, Satoshi Hirohata
  • Organizer: Japanese Society for Extracellular Vesiles 6th annual meeting
• [Presentation] Characterization and uptake mechanism of OA related extracellular vesicles (2019)
  • Author(s): Takashi Ohtsuki, Yan Wanyu, Shintaro Kodama, Liu Guole, Omer Faruk Hatipoglu, Junko Inagaki, Hiroshi Yamada, Takayuki Furumatsu, Keiichiro Nishida, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The First International Symposium for Intercellular Communication and Extracellular Vesicles I
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] EMT in A431 cells caused matrix degradative enzymes expression (2019)
  • Author(s): Takashi Ohtsuki, Yuri Shoji, Shintaro kodama, Yan wanyu, Omer Faruk Hatipoglu, Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Junko Inagaki, Sachio Ito, Hiroshi Katayama, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The 42nd Annual Meeting of the molecular Biology Society of Japan
• [Presentation] IL-1beta treatment up-regulated CD9 in exosome and chondrocyte (2019)
  • Author(s): Yan Wanyu, Shintaro Kodama, Liu Guole, Takashi Ohtsuki, Omer Faruk Hatipoglu, Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Junko Inagaki, Hiroshi Yamada, Takayuki Furumatsu, Keiichiro Nishida, Liankun Sun, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The 42nd Annual Meeting of the molecular Biology Society of Japan
• [Presentation] Critical role of ADAMTS1 in the development of ventral wall (2019)
  • Author(s): Chang Lu, Omer Faruk Hatipoglu, Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Junko Inagaki, Takashi Ohtsuki, Liankun Sun, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The 42nd Annual Meeting of the molecular Biology Society of Japan
• [Presentation] ADAMTS1 KO mice have tougher skin and altered skin ECM content and structure (2019)
  • Author(s): Omer Faruk Hatipoglu, Ayumi Domoto, Ayaka Hamai, Chang Lu, Takashi Ohtsuki, Junko Inagaki, Takuto Nishimura, Miho Tachiki, Kentaro Ikemura, Satoshi Hirohata
  • Organizer: The 42nd Annual Meeting of the molecular Biology Society of Japan
• [Presentation] Regulation of cytokine-induced ADAMTS expression by hyaluronan and mechanical force (2019)
  • Author(s): Takashi Ohtsuki
  • Organizer: Life Science Center for Survival Dynamics, Tsukuba Advanced Research Alliance seminar
  • Invited
• [Remarks] 岡山大学保健学研究科廣畑研究室
  • URL: https://okadaihirohatalab.jimdofree.com/