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Exploration of druggable targets for metabolic bone diseases using sensitive reporter systems and integrative proteogenomic approaches

Research Project

Project/Area Number 19KK0234
Research Category

Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 57:Oral science and related fields
Research InstitutionMatsumoto Dental University

Principal Investigator

中道 裕子  松本歯科大学, 総合歯科医学研究所, 准教授 (20350829)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 宇田川 信之  松本歯科大学, 歯学部, 教授 (70245801)
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)
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) 2019-10-07 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥18,330,000 (Direct Cost: ¥14,100,000、Indirect Cost: ¥4,230,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Keywords高感度レポーターシステム / プロテオゲノミクス / Wnt / 骨芽細胞
Outline of Research at the Start

Wntシグナルの破綻は様々な病態をもたらす。疾患モデルにおけるWntシグナルのプロテオゲノミクス解析は、重要な発見をもたらしてきた。しかしどのWntシグナル分子が骨形成に重要か不明な点が多い。本研究では、海外共同研究者Major博士の研究室で開発した解析システムを利用して、骨形成におけるWntシグナル調節因子を①ゲノムワイド遺伝子機能獲得アプローチであるCrispr-Aスクリーニング、②リン酸化質量分析、および③活性化リン酸化酵素を定量するmultiplexed kinase inhibitor beads-質量分析、により同定する。本統合的解析により代謝性骨疾患の治療薬標的分子を決定する。

Outline of Annual Research Achievements

どのWntシグナル分子が骨形成に重要か不明な点が多い。2022年度は、質量分析リン酸化プロテオーム解析によりWntシグナル依存的にTGFbetaファミリーサイトカインのリン酸化が有意に亢進していたことを見出した。以降、この分子の解析に注力した。このTGFbataファミリーの高リン酸化は骨形成促進に寄与し、治癒促進に貢献している可能性があることを示した。2023年度は、このTGFbetaサイトカインが、骨形成低下を伴う病態でどのような挙動を示すか解析した。重度の骨形成低下を伴う病態モデルとして、i)高ビタミンD症とii)慢性腎臓病モデルマウスの解析を行った。慢性腎臓病モデルは、アデニン給餌による方法を用いた。種々の血清パラメーターを調べ、慢性腎臓病がこのアデニン給餌マウスにおいて誘導されていることを確認し、さらに腎性骨異栄養症を発症していることを組織学的解析と骨のマイクロCT解析により確認した。さらに、両モデルマウスにおいて骨形成促進因子であるWntの阻害因子スクレロスチンが血中で高レベルであることを発見し、このTGFbetaサイトカインのレベルが低下していることがわかった。高ビタミンD症と慢性腎臓病による骨形成低下と軟組織石灰化には、Wntシグナル抑制因子Sclerostin、リン利尿ホルモンFGF23と糖転移酵素の関与を示唆するデータを得た。以上、2023年度は、この二つの重度骨形成低下病態モデルを研究することで、TGFbetaシグナル分子に加え、骨芽細胞のビタミンD受容体とWntシグナル下流で作動する骨再生に関与する3因子を見出すことが出来た。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2020年度から2022年度はCovid-19の蔓延のため、共同研究先への長期滞在が困難であり、実験実施に必須となるvisaの手続きが出来ず、客員研究員としても身分を得ることが出来なかった。2023年度は新しく入室した大学院生の実験指導のため、共同研究先滞在のチャンスが無かった。したがって2022年度に引き続き2023年度は、本課題の海外共同研究者と代表者の共同研究において、リン酸化プロテオーム質量分析で同定したTGFbetaファミリー高リン酸化ペプチドの意義を見出すための傍証実験を日本国内で行ってきた。そのため、代表者が共同研究先において以前に構築したゲノムワイドCrisprスクリーニング系の次世代シークエンス(NGS)解析は中断したままである。つまり肝心のゲノミクス解析の方は中断している。国内で行ったリン酸化プロテオーム解析の傍証実験において、骨折治癒における骨形成の過程で、このTGFbetaファミリー分子の高リン酸化がWntシグナルの下流で重要な働きを持つ可能性を見出すことが出来た。さらに、重度の骨形成低下を伴う疾患である高ビタミンD症と慢性腎臓病モデルマウスにおいてTGFbetaファミリーシグナルの低下を示す新しい結果を得ることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

2024年度は、Visaの取得を行い海外共同研究先において、代表者が構築したドロップアウトスクリーニング系で生き残った細胞のNGS解析をすすめる。国内外の他の研究グループによる研究において、種々のWntリガンドと分泌性Wnt antagonist の相互作用が構造化学的に明らかになってきた。そのような中我々は、SclerostinはWnt3aの活性を全く抑制出来ず、Wnt10bとWnt4の活性を強力に抑制することを見出した。さらに成長期および大人の骨の恒常性、および骨折治癒には、Wnt10b, Wnt4が重要であることを示唆するデータを得た。今年度は、Wnt10b, Wnt4を骨形成促進因子として用い、すでに代表者が確立したCrispr-Cas9によるゲノムワイドWntシグナルスクリーニング系を用いて、Wnt3aの時と同様のスクリーニングを行い、成長期および大人の骨形成、骨折治癒に必須の因子を同定する予定である。また、我々が同定したWntシグナル依存的なTGFbetaファミリー分子のリン酸化の意義を、リン酸化部位変異タンパクを様々な未分化間葉系細胞に過剰発現させることで解明する予定である。また、Wnt10b, Wnt4とこのTGFbetaファミリー分子の相互作用が、高ビタミンD症と慢性腎臓病ので認められる重度の骨形成低下と関与しているか検証する予定である。

Report

(5 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (37 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (6 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 11 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Remarks (2 results)

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    • Author(s)
      Hosoyama Tohru、Kawai‐Takaishi Minako、Iida Hiroki、Yamamoto Yoko、Nakamichi Yuko、Watanabe Tsuyoshi、Takemura Marie、Kato Shigeaki、Uezumi Akiyoshi、Matsui Yasumoto
    • Journal Title

      Journal of Cachexia, Sarcopenia and Muscle

      Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 13448-13448

    • DOI

      10.1002/jcsm.13448

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  • [Journal Article] Osteoclastogenesis and vitamin D2024

    • Author(s)
      Nakamichi Yuko、Takahashi Naoyuki、Suda Tatsuo、Udagawa Nobuyuki
    • Journal Title

      Feldman and Pike's Vitamin D 5th Edition

      Volume: - Pages: 395-408

    • DOI

      10.1016/b978-0-323-91386-7.00021-0

    • ISBN
      9780323913867
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  • [Journal Article] The vitamin D receptor in osteoblastic cells but not secreted parathyroid hormone is crucial for soft tissue calcification induced by the proresorptive activity of 1,25(OH)2D32023

    • Author(s)
      Nakamichi Yuko、Liu Ziyang、Mori Tomoki、He Zhifeng、Yasuda Hisataka、Takahashi Naoyuki、Udagawa Nobuyuki
    • Journal Title

      The Journal of Steroid Biochemistry and Molecular Biology

      Volume: 232 Pages: 106351-106351

    • DOI

      10.1016/j.jsbmb.2023.106351

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Angiotensin II induces aortic rupture and dissection in osteoprotegerin-deficient mice2022

    • 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

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] WNT/RYK signaling functions as an antiinflammatory modulator in the lung mesenchyme2022

    • 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

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  • [Journal Article] Influence of vitamin D on sarcopenia pathophysiology: A longitudinal study in humans and basic research in knockout mice2022

    • 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

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] RANKL/OPG ratio regulates odontoclastogenesis in damaged dental pulp2021

    • 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

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    • 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 dominance2021

    • 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

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Osteoclast differentiation by RANKL and OPG signaling pathways2020

    • 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

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    • 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 Vivo2020

    • 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

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    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Vitamin D in The Regulation of Osteoclasts2020

    • 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
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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] WNT/RYK signaling restricts goblet cell differentiation during lung development and repair2019

    • 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

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      2019 Research-status Report
    • 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

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    • 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 Loop2019

    • 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

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      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] The vitamin D receptor in osteoblastic cells dictates disease outcomes of calcium and phosphate metabolism disorders2024

    • Author(s)
      劉子洋, 何治鋒, 保田尚孝, 宇田川信之, 中道裕子
    • Organizer
      第8回日本骨免疫学会ウインタースクール
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  • [Presentation] 活性型ビタミンDの骨吸収促進作用による軟組織の石灰化に、副甲状腺ホルモンは関与せず、骨芽細胞内のビタミンD受容体が決定的な役割 を果たす2023

    • Author(s)
      中道裕子, 劉子洋, 何治鋒, 保田尚孝, 高橋直之, 宇田川信之
    • Organizer
      第41回日本骨代謝学会学術集会
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  • [Presentation] The Vitamin D Receptor (VDR) in Osteoblastic Cells but Not Parathyroid Hormone (PTH) Secretion Is Critical for Soft Tissue Calcification Induced by the Proresorptive Activity of 1,25(OH)2D32023

    • Author(s)
      Yuko Nakamichi, Ziyang Liu, Tomoki Mori, Zhifeng He, Hisataka Yasuda, Naoyuki Takahashi, Nobuyuki Udagawa
    • Organizer
      ASBMR (アメリカ骨代謝学会)2023 Annual Meeting
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  • [Presentation] The vitamin D receptor in osteoblastic cells is crucial for the proresorptive activity, hypercalcemia, and soft tissue calcification, induced by 1α,25(OH)2D32022

    • Author(s)
      Yuko Nakamichi, Tomoki Mori, Hisataka Yasuda, Naoyuki Takahashi, Nobuyuki Udagawa
    • Organizer
      Vitamin D Workshop (24th)
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    • 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
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  • [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2022

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      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
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  • [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
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      https://www.usaco.co.jp/article/detail.html?itemid=1347&dispmid=610

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      http://www.jsbmr.jp/1st_author/431_nakamichi_mori.html

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Published: 2019-10-10   Modified: 2024-12-25  

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