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Elucidation of the molecular mechanism of tendon and ligament homeostasis

Research Project

Project/Area Number 20H05696
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (S)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Broad Section I
Research InstitutionTokyo Medical and Dental University

Principal Investigator

淺原 弘嗣  東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (70294460)

Project Period (FY) 2020-08-31 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥188,500,000 (Direct Cost: ¥145,000,000、Indirect Cost: ¥43,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥36,660,000 (Direct Cost: ¥28,200,000、Indirect Cost: ¥8,460,000)
Fiscal Year 2023: ¥37,700,000 (Direct Cost: ¥29,000,000、Indirect Cost: ¥8,700,000)
Fiscal Year 2022: ¥38,610,000 (Direct Cost: ¥29,700,000、Indirect Cost: ¥8,910,000)
Fiscal Year 2021: ¥37,310,000 (Direct Cost: ¥28,700,000、Indirect Cost: ¥8,610,000)
Fiscal Year 2020: ¥38,220,000 (Direct Cost: ¥29,400,000、Indirect Cost: ¥8,820,000)
Keywords腱・靭帯 / Mkx / 運動機能 / 遺伝子発現 / 腱・靱帯
Outline of Research at the Start

運動器は、筋と骨・軟骨が腱・靱帯によって正確かつ強靭に結ばれることで機能を発揮し、適切な運動刺激においてその機能が向上する。本研究計画においては、腱・靱帯における遺伝子発現ネットワークが、腱・靱帯および運動機能を向上させる分子メカニズムを、複数の遺伝子改変マウス作成による研究と一細胞レベルの分子生物学的解析を有機的に組み合わせることで解明し、腱・靱帯の恒常性維持機構を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

1.腱特異的Piezo1GOFマウス腱細胞を用いたシングルセルRNAシークエンス解析: 腱特異的Piezo1GOFマウスから腱細胞を採取し、シングル核でのトランスクリプトーム解析を実施し、コントロールの野生型マウスと比較したところ、腱特異的Piezo1GOFマウスにおいて特異的に発現が促進されている遺伝子群が同定された。このトランスクリプトームデータに基づき、腱の肥大および機能亢進の分子メカニズムを検討した。同時に、Piezo1の増強が筋の遺伝子発現に与える影響を解析、腱と筋の組織構築を遺伝子ネットワークレベルで解明した。またこれらのデータをヒト検体データと照らし合わせ、運動機能恒常性に重要なターゲットを検討した。
2.腱・靱帯におけるPiezo1活性化による跳躍時運動機能の解析: 野生型マウスと腱特異的Piezo1GOFマウスの跳躍時の筋電図をモニターし、前脛骨筋とヒラメ筋の収縮を経時的に解析することで、腱組織におけるPiezo1の活性化が運動機能を賦活化させるメカニズムを解析した。
3.ヒト関節組織バンクを用いた腱のトランスクリプトーム解析:ヒト組織バンクから腱細胞を抽出し、トランスクリプトーム解析を実施し、マウスの遺伝子発現ネットワークと比較することで、創薬のターゲットとなりうる分子を検討した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

腱特異的Piezo1GOFマウスでは、本年度までの解析で、(i) 腱マトリックス粘弾性特性が大きく変化しているが、(ii)筋自体に生理学的変化は見られていない。また、この腱遺伝子編集マウスは(iii)トレッドミルエクササイズによって運動能力が更に高まること、(iv)腱での遺伝子編集を、CreERシステムによって成熟後に行ったマウスでも同様の能力を獲得すること、(v)全身でPiezo1(R2482H)の遺伝子編集を行っても、腱のみの遺伝子編集マウスと同等の運動能力を示すが、筋のみで遺伝子編集を行っても野生型と比べて変化がないこと、が明らかになった。以上は、運動機構における腱・靱帯の新たな重要な機能を見出したものであり、本研究の新機軸を提示するものである。

Strategy for Future Research Activity

1) 腱特異的Piezo1GOFマウス腱細胞を用いたSingle cell RNA sequence解析. 昨年に引き続き、腱特異的Piezo1GOFマウスにおける腱の肥大・強化分子機序と筋も含めた運動機能の向上メカニズムを解明するため、それぞれ腱細胞を採取し、コントロールの野生型マウスと比較して、シングル核でのトランスクリプトーム解析を行う。得られた情報より、腱の肥大および機能亢進の分子メカニズムを検討する。
2) ヒト腱細胞を用いた化合物およびPiezo1の解析.  ヒト腱細胞における、機械刺激によって誘導されるMkxおよび腱形成遺伝子発現とPiezo1の関与を決定するために、Piezo1アンタゴニストおよびPiezo1アゴニストの影響を解析する。またトランスフェクションベースのPiezo1過剰発現またはsiRNAによるPiezo1ノックダウンの効果を検討する。
3)腱・靱帯におけるエクササイズの与えるPiezo1活性化を介したアナボリック効果の解析. 腱・靱帯のPiezo1がエクササイズによるメカニカル刺激を得ることで、どのようにアナボリック効果を得て、組織恒常性に関わるかを検討するため、トレッドミルを用いて生理学的にアナボリックなメカニカル刺激を与え、その腱・靱帯に与える効果を組織学的、バイオメカニクス的、およびRNAシークエンスなどの分子生物学的な解析で検討する。更に、個体レベルでの運動機能を、跳躍力の変化などから解析する。また、筋肉へ与える影響を調査する。

Assessment Rating
Interim Assessment Comments (Rating)

A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.

Report

(8 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Abstract (Interim Assessment) ( PDF )   Annual Research Report   Interim Assessment (Comments) ( PDF )
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Abstract ( PDF )   Comments on the Screening Results ( PDF )   Annual Research Report
  • Research Products

    (123 results)

All 2024 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (3 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 11 results) Presentation (95 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 48 results) Book (6 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (3 results) (of which Overseas: 1 results)

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      Volume: 39 Issue: 5 Pages: 780-786

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      Volume: 2245 Pages: 151-166

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-1119-7_11

    • ISBN
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  • [Presentation] Athlete Giftedness and Genetics2023

    • Author(s)
      淺原弘嗣
    • Organizer
      大阪大学WPIのセミナー
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  • [Presentation] Athlete Giftedness and Genetics2023

    • Author(s)
      Hiroshi Asahara
    • Organizer
      Wu Tsai Human Performance Seminar Series
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] セッションテーマ:3S07a「臓器リモデリング・可塑性とその破綻」2023

    • Author(s)
      淺原弘嗣
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
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    • Invited
  • [Presentation] Athelete Giftednessと遺伝子2023

    • Author(s)
      淺原弘嗣
    • Organizer
      第73回兵庫県糖尿病懇話会
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  • [Presentation] Athlete Giftednessと遺伝子2023

    • Author(s)
      淺原弘嗣
    • Organizer
      第3回COMITセミナー
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  • [Presentation] Athletic performance and Genes2023

    • Author(s)
      Hiroshi Asahara
    • Organizer
      Japan Bone Academy 2023
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    • Invited
  • [Presentation] Tendon regeneration and functional enhancement for physical performance via Piezo1-Mkx axis2023

    • Author(s)
      Hiroshi Asahara
    • Organizer
      International Symposium on Mechanobiology for Human Health:8 years
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    • Invited
  • [Presentation] 腱と運動機能2023

    • Author(s)
      淺原弘嗣
    • Organizer
      第7回日本骨免疫学会ウィンタースクール
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      淺原弘嗣
    • Organizer
      学習院大学・ブランディングシンポジウム
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    • Invited
  • [Presentation] 新規RNA修飾酵素による肺がん転移能の制御2022

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      栗本遼太、淺原弘嗣
    • Organizer
      第63回日本肺癌学会学術集会
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  • [Presentation] Zinc-finger遺伝子による腫瘍抑制microRNA let-7制御機構の解明2022

    • Author(s)
      錦織杏樹、栗本遼太、宮本和佳、堤大樹、浅原弘嗣
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] 新規RNA修飾酵素による肺がん転移能の制御2022

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      宮本和佳、栗本遼太、錦織杏樹、志村大旗、猪爪舞子、千葉朋希、松島隆英、内田雄太郎、藤井 雄太、淺原 弘嗣
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
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  • [Presentation] 新規RNA結合タンパク質RBPUは転写後調節により乳癌幹細胞性を制御する2022

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      内田雄太郎、栗本遼太、千葉朋希、浅原弘嗣
    • Organizer
      第9回JCRベーシックリサーチカンファレンス
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  • [Presentation] 機械感受性イオンチャネルPIEZO1は腱を通じて身体能力を制御する2022

    • Author(s)
      中道亮、淺原弘嗣
    • Organizer
      第9回JCRベーシックリサーチカンファレンス
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  • [Presentation] 歯周組織におけるシングルセル解析2022

    • Author(s)
      千葉朋希、淺原弘嗣
    • Organizer
      NGS EXPO 2022
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    • Invited
  • [Presentation] アスリートのGIFTEDNESSから見た運動機能解析2022

    • Author(s)
      淺原弘嗣
    • Organizer
      第37回日本整形外科学会基礎学術集会
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  • [Presentation] 長鎖非コードRNAによる炎症性サイトカインの発現制御2022

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      徳井爽馬、片桐未琴、千葉朋希、淺原弘嗣
    • Organizer
      RNA Frontier Meeting 2022
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  • [Presentation] 新規RNA修飾酵素による肺がん転移能の制御2022

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      錦織杏樹、栗本遼太、宮本和佳、志村大旗、猪爪舞子、千葉朋希、松島隆英、内田雄太郎、藤井雄太、淺原弘嗣
    • Organizer
      RNA Frontier Meeting 2022
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  • [Presentation] Athlete Giftedness and Tendon2022

    • Author(s)
      Hiroshi Asahara
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      Molecular Medicine Department Retreat
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    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 腱と歯根膜におけるメカノ刺激2022

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      淺原弘嗣
    • Organizer
      第64回歯科基礎医学会学術大会
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  • [Presentation] 破天荒な研究者、永遠に2022

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      淺原弘嗣
    • Organizer
      第21回運動器科学研究会
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    • Organizer
      第21回運動器科学研究会
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      中道亮
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      第21回運動器科学研究会
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  • [Presentation] ゲノム編集で初めて明らかにされるゲノム情報2022

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      淺原弘嗣
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      松島隆英、板野景子、落合幸治、高橋恒一、五島直樹、淺原弘嗣
    • Organizer
      第8回筋学会学術集会
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  • [Presentation] アスリートの能力とGIFTEDNESS2022

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      淺原弘嗣
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      TIP BB(ブルーバード)セミナー
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  • [Presentation] 関節軟骨の恒常性を維持するmicroRNAの機能解析2022

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      松島隆英、伊藤義晃、松崎時夫、茂久田翔、栗本遼太、藤井雄太、Martin Lotz、淺原弘嗣
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      日本核酸医薬学会第7回年会
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      第40回日本骨代謝学会学術集会
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  • [Presentation] Generation and analysis of conditional Mkx knockout mice2022

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      劉琳、千葉朋希、淺原弘嗣
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      第40回日本骨代謝学会学術集会
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      第23回日本RNA学会年会
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      第23回日本RNA学会年会
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  • [Presentation] アスリートのGIFTEDNESSから見た運動機能解析2022

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      第43回日本炎症・再生医学会
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    • Organizer
      第7回日本骨免疫学会
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  • [Presentation] 1細胞RNAシーケンスによるMkxノックアウトラット歯根膜組織の解析2022

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      小野大樹、千葉朋希、高田嘉宝、宮崎貴行、中道亮、栗本遼太、松島隆英、淺原弘嗣
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      第7回日本骨免疫学会
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      第7回日本骨免疫学会
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      AACR 2021
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      淺原 弘嗣、堤 大樹、栗本 遼太
    • Industrial Property Rights Holder
      淺原 弘嗣、堤 大樹、栗本 遼太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Overseas
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 人工miRNAの創出と医療応用2023

    • Inventor(s)
      淺原 弘嗣、千葉 朋希
    • Industrial Property Rights Holder
      淺原 弘嗣、千葉 朋希
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 三次元メカノシグナル細胞培養系を用いて作製した腱/靱帯様人工組織2022

    • Inventor(s)
      淺原 弘嗣、堤 大樹、栗本 遼太
    • Industrial Property Rights Holder
      淺原 弘嗣、堤 大樹、栗本 遼太
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2022
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-09-07   Modified: 2024-12-25  

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