Development of bone anabolic drugs via evaluation of Wnt activity

• Project/Area Number: 19K22728
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 57:Oral science and related fields
• Research Institution: Matsumoto Dental University
• Principal Investigator: Nakamichi Yuko 松本歯科大学, 総合歯科医学研究所, 准教授 (20350829)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 荒井 敦 松本歯科大学, 歯学部, 准教授 (00532772) ; 堀部 寛治 松本歯科大学, 歯学部, 講師 (70733509) ; 宇田川 信之 松本歯科大学, 歯学部, 教授 (70245801) ; 岩本 莉奈 松本歯科大学, 総合歯科医学研究所, 助教 (20907216)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2019: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: Wnt / 骨形成 / リン酸化質量分析 / プロテオゲノミクス / Crispr-A / Wnt活性レポーター

Outline of Research at the Start

本研究では、ゲノム編集酵素による遺伝子発現活性化（Crispr-A）ライブラリーにより発現した遺伝子機能を、Wntシグナル活性依存性の薬剤感受性レポーターシステムで評価することで、骨形成制御因子を同定する。また、Wntシグナルによるタンパク質リン酸化、活性化の量的変化を、リン酸化タンパク質量分析法とマルチインヒビター固相化ビーズを用いた活性化タンパク質捕獲質量分析法により調べ、骨形成制御因子を探索する。本研究では、未知のリン酸化部位、タンパク修飾、相互作用を明らかにする。従って本研究は、我々のWntシグナル伝達への理解が大きく変わる可能性のある重要かつ挑戦的な研究であると考える。

Outline of Final Research Achievements

To find novel downstream bone formation activators and inhibitors of Wnt signaling, we established a system to induce cell death in response to both elevated and decreased Wnt activities. Using this system, we found that a TGFβ family molecule was involved in the promotion of bone formation downstream of Wnt signaling. Phospho-Mass spectrometry analysis revealed that this TGFβ family molecule was phosphorylated in response to Wnt3a in five bone marrow stromal culture replicates. The expression of this TGFβ family molecule was upregulated during osteoblast differentiation, and downregulated in accordance with adipocyte differentiation of bone marrow stromal cells. In a bone fracture healing model using Wnt reporter Axin2-tomato mice, we found that this TGFβ family molecule contributes to bone fracture healing in Wnt responder cells.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

日本は、現在高齢化社会にあり、骨粗鬆症患者急増が社会問題となっている。現在の骨粗鬆症治療薬は骨吸収抑制薬が主流であるが、骨吸収抑制薬は骨形成も低下させ、骨質低下が生じる問題点がある。一方、上市されている骨形成促進薬は、副甲状腺ホルモン製剤と細胞外Wnt阻害タンパクであるスクレロスチンの中和抗体の２種類しかないが、どちらも安全性に懸念があり、長期に用いることは出来ない。骨粗鬆症治療は長期に渡るため、両者とは異なる作用機構の骨形成促進薬の開発が喫緊の課題である。本研究の成果は、既存の骨形成促進薬と異なる分子ターゲットを提案し、治療が難しい続発性骨粗鬆症の治療法確立に寄与することが期待される。

Research Products

• [Int'l Joint Research] マックスプランク研究所(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] セントルイス・ワシントン大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ノースカロライナ大学チャペルヒル校(米国)
• [Int'l Joint Research] マックスプランク研究所(ドイツ)
• [Journal Article] Angiotensin II induces aortic rupture and dissection in osteoprotegerin-deficient mice (2022)
  • Author(s): Tsuruda T, Yamashita A, Otsu M, Koide M, Nakamichi Y, Sekita-Hatakeyama Y, Hatakeyama K, Funamoto T, Chosa E, Asada Y, Udagawa N, Kato J, Kitamura K
  • Journal Title: Journal of the American Heart Association Volume: 11 Issue: 8
  • DOI: 10.1161/jaha.122.025336
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] WNT/RYK signaling functions as an antiinflammatory modulator in the lung mesenchyme (2022)
  • Author(s): Kim Hyun-Taek、Panza Paolo、Kikhi Khrievono、Nakamichi Yuko、Atzberger Ann、Guenther Stefan、Ruppert Clemens、Guenther Andreas、Stainier Didier Y. R.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences, USA Volume: 119 Issue: 24
  • DOI: 10.1073/pnas.2201707119
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Influence of vitamin D on sarcopenia pathophysiology: A longitudinal study in humans and basic research in knockout mice (2022)
  • Author(s): Mizuno Takafumi、Hosoyama Tohru、Tomida Makiko、Yamamoto Yoko、Nakamichi Yuko、Kato Shigeaki、Kawai‐Takaishi Minako、Ishizuka Shinya、Nishita Yukiko、Tange Chikako、Shimokata Hiroshi、Imagama Shiro、Otsuka Rei
  • Journal Title: Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle Volume: 13 Issue: 6 Pages: 2961-2973
  • DOI: 10.1002/jcsm.13102
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RANKL/OPG ratio regulates odontoclastogenesis in damaged dental pulp (2021)
  • Author(s): Daisuke Nishida , Atsushi Arai , Lijuan Zhao , Mengyu Yang , Yuko Nakamichi , Kanji Horibe , Akihiro Hosoya , Yasuhiro Kobayashi , Nobuyuki Udagawa , Toshihide Mizoguchi
  • Journal Title: Scientific reports Volume: 11(1) Issue: 1 Pages: 4575-4575
  • DOI: 10.1038/s41598-021-84354-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effector memory CD4+T cells in mesenteric lymph nodes mediate bone loss in food-allergic enteropathy model mice, creating IL-4 dominance (2021)
  • Author(s): Ono-Ohmachi Aiko、Udagawa Nobuyuki、Nakamichi Yuko、Koide Masanori、Nakajima-Adachi Haruyo
  • Journal Title: Mucosal Immunology Volume: 14 Issue: 6 Pages: 1335-1346
  • DOI: 10.1038/s41385-021-00434-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Osteoclast differentiation by RANKL and OPG signaling pathways (2020)
  • Author(s): Udagawa Nobuyuki、Koide Masanori、Nakamura Midori、Nakamichi Yuko、Yamashita Teruhito、Uehara Shunsuke、Kobayashi Yasuhiro、Furuya Yuriko、Yasuda Hisataka、Fukuda Chie、Tsuda Eisuke
  • Journal Title: Journal of Bone and Mineral Metabolism Volume: 39 Issue: 1 Pages: 19-26
  • DOI: 10.1007/s00774-020-01162-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Vitamin D Receptor in Osteoblast-Lineage Cells Is Essential for the Proresorptive Activity of 1α,25(OH)2D3 In Vivo (2020)
  • Author(s): Tomoki Mori, Kanji Horibe, Masanori Koide, Shunsuke Uehara, Yoko Yamamoto, Shigeaki Kato, Hisataka Yasuda, Naoyuki Takahashi, Nobuyuki Udagawa, Yuko Nakamichi
  • Journal Title: Endocrinology . Volume: 161 Issue: 11 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1210/endocr/bqaa178
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Vitamin D in The Regulation of Osteoclasts (2020)
  • Author(s): Takahashi Naoyuki、Nakamichi Yuko、Udagawa Nobuyuki
  • Journal Title: Encyclopedia of Bone Biology Volume: 1 Pages: 290-302
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-801238-3.62204-3
  • ISBN: 9780128140826
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] WNT/RYK signaling restricts goblet cell differentiation during lung development and repair (2019)
  • Author(s): Kim Hyun-Taek、Yin Wenguang、Nakamichi Yuko、Panza Paolo、Grohmann Beate、Buettner Carmen、Guenther Stefan、Ruppert Clemens、Kobayashi Yasuhiro、Guenther Andreas、Stainier Didier Y. R.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 116 Issue: 51 Pages: 25697-25706
  • DOI: 10.1073/pnas.1911071116
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Blockade of the angiotensin II type 1 receptor increases bone mineral density and left ventricular contractility in a mouse model of juvenile Paget disease. (2019)
  • Author(s): Tsuruda T, Funamoto T, Udagawa N, Kurogi S, Nakamichi Y, Koide M, Chosa E, Asada Y, Kitamura K
  • Journal Title: Eur J Pharmacol Volume: 859 Pages: 172519-172519
  • DOI: 10.1016/j.ejphar.2019.172519
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] WNT Activates the AAK1 Kinase to Promote Clathrin-Mediated Endocytosis of LRP6 and Establish a Negative Feedback Loop (2019)
  • Author(s): Agajanian MJ, Walker MP, Axtman AD, Ruela-de-Sousa RR, Serafin DS, Rabinowitz AD, Graham DM, Ryan MB, Tamir T, Nakamichi Y, Gammons MV, Bennett JM, Counago RM, Drewry DH, Elkins JM, Gileadi C, Gileadi O, Godoi PH, Kapadia N, Muller, Santiago A, Sorrell FJ, Wells CI, Fedorov O, Willson TM, Zuercher WJ, Major MB.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 26 Issue: 1 Pages: 79-93.e8
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.12.023
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 骨芽細胞のビタミンD受容体（VDR）は、過剰なビタミンDによる病態発現において決定的な役割を果たす (2023)
  • Author(s): 中道裕子、劉子洋、森 智紀、宇田川信之
  • Organizer: 第７回日本骨免疫学会冬期学術集会
• [Presentation] The vitamin D receptor in osteoblastic cells is crucial for the proresorptive activity, hypercalcemia, and soft tissue calcification, induced by 1α,25(OH)2D3 (2022)
  • Author(s): Yuko Nakamichi, Tomoki Mori, Hisataka Yasuda, Naoyuki Takahashi, Nobuyuki Udagawa
  • Organizer: Vitamin D Workshop (24th)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 食物アレルギー性腸炎併発骨量減少におけるIL-4の役割の解析 (2022)
  • Author(s): 玉井雅人，宇野智，山田悟生，中村翔太郎，曽我皓平，中道裕子，小出雅則，高野智弘，宇田川信之，清野宏，八村敏志，足立(中嶋)はるよ
  • Organizer: 2022年度日本農芸化学会京都大会
• [Presentation] 骨芽細胞・骨細胞のビタミンD受容体(VDR)は、in vivoにおいても活性型ビタミンDによる骨吸収促進作用に不可欠である (2022)
  • Author(s): 中道裕子
  • Organizer: 第６回日本骨免疫学会ウインタースクール
• [Presentation] ビタミンDの骨組織における役割とは？ (2022)
  • Author(s): 宇田川信之
  • Organizer: 第６回日本骨免疫学会ウインタースクール
  • Invited
• [Presentation] RANKL/OPG比は損傷した歯髄における破歯細胞形成を調節する (2021)
  • Author(s): 西田大輔，荒井敦，堀部寛治，中道裕子，細矢明宏，中村浩彰，小林泰浩，宇田川信之，溝口利英
  • Organizer: 第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] マクロファージはLepR陽性細胞を活性化し骨再生を促進する (2021)
  • Author(s): 何治鋒，溝口利英，平賀徹，村上康平，中道裕子，山下照仁，小出雅則，宇田川信之，小林泰浩
  • Organizer: 第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 骨ミネラル代謝におけるビタミンDとWntシグナルの作用機序の解明 (2020)
  • Author(s): 中道裕子
  • Organizer: 第460回 東京歯科大学 大学院セミナー
  • Invited
• [Presentation] 心血管保護因子としてのオステオプロテゲリン (2020)
  • Author(s): 鶴田敏博，小出雅則，中道裕子，中村美どり，宇田川信之，北村和雄
  • Organizer: 第62回歯科基礎学会学術大会
• [Presentation] BMP 誘導性の異所性骨における骨形成抑制因子スクレロスチン陽性細胞の経時的観察 (2020)
  • Author(s): 松下雅衣，小出雅則，芳澤享子，堀部寛治，小林泰浩，山下照仁，中道裕子， 上原俊介，宇田川信之
  • Organizer: 第62回歯科基礎学会学術大会
• [Presentation] 活性型ビタミンD3のin vivo大量投与による骨吸収促進と血清Ca値上昇作用は、骨芽細胞のVDRを介する (2020)
  • Author(s): 森 智紀，堀部寛治，小出雅則，高橋直之，宇田川信之，中道裕子
  • Organizer: 第5回 日本骨免疫学会ウインタースクール
• [Presentation] ビタミンDによる骨代謝共役-骨芽細胞のVDRを介した骨吸収抑制効果と促進効果 (2019)
  • Author(s): 中道裕子
  • Organizer: 第37回日本骨代謝学会学術集会
  • Invited
• [Remarks] USACO 日本人論文詳細
  • URL: https://www.usaco.co.jp/article/detail.html?itemid=1347&dispmid=610
• [Remarks] 日本骨代謝学会 1st Author
  • URL: http://www.jsbmr.jp/1st_author/431_nakamichi_mori.html