Functional analysis of bone matrix protein Dmp1 on mechanical loading

• Project/Area Number: 19K10070
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57020:Oral pathobiological science-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: Sato Sunao 大阪大学, 大学院歯学研究科, 講師 (70335660)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 阿部 真土 大阪大学, 大学院歯学研究科, 講師 (40448105) ; 三浦 治郎 大阪大学, 歯学部附属病院, 助教 (70437383)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• 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: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 力学的負荷 / 骨 / 石灰化 / 石灰化物形成 / Dmp1 / 負荷

Outline of Research at the Start

Dentin matrix protein 1は、骨細胞特異的な骨基質蛋白質で、我々のこれまでの研究から、力学的負荷が減少したラットでは、血清Dmp1値が有意に低下することを明らかにしており、骨細胞は生体に加えられた力学的負荷に反応してDmp1の発現を調節することで、Dmp1を介して骨組織の恒常性を維持する機能を担っているのではないかと考えている。
本研究では、Dmp1発現欠損骨芽細胞株を用いて、Dmp1発現の有無により力学的負荷に対する反応の変化を検討するとともに、実験動物を利用し、力学的負荷に対して骨細胞がDmp1を介して骨組織の恒常性維持に果たしている機能を明らかにしたいと考えている。

Outline of Final Research Achievements

Under three-dimensional collagen gel culture conditions, mechanical loading of Dmp1-expressing decreased MC3T3 (Dmp1(-) MC3T3) with a mechanical loading device at 100 kPa for 2 weeks resulted in increased production of eosinophilic extracellular matrix compared to the control MC3T3. Furthermore, while mechanical loading increased calcification capacity in control cells, no effect of mechanical loading was observed in Dmp1(-) MC3T3, but Dmp1 peptides increased calcification capacity when mechanical loading was applied to Dmp1(-) MC3T3.
These results suggests that mechanical loading may play a function in maintaining cell and bone tissue homeostasis by increasing calcification capacity with Dmp1.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

歯科臨床では、力学的負荷に対する骨組織の恒常性維持は重要な問題の一つであり、例えば、矯正治療で歯牙を移動させる際に異常な力が与えられ、歯槽骨の形成と吸収のバランスが崩れ、骨組織の恒常性維持が保てなくなると適切な歯牙移動が出来なくなる。また、義歯やインプラント治療を行う場合にも、歯槽骨に異常な力学的負荷が加わり、骨組織の恒常性維持が出来なくなってしまうと、骨吸収を招き、義歯やインプラントの適切な維持が出来なくなってしまう。Dmp1が力学的負荷に反応して骨組織の恒常性を維持している可能性が示されたことで、基礎研究のみならず、臨床治療へのDmp1の応用可能性が示される意義があった。