The role of orphan G-protein coupled receptor Gpr115 during tooth development

• Project/Area Number: 20K18747
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 57070:Developmental dentistry-related
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 千葉 雄太 九州大学, 歯学研究院, 助教 (10821986)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 歯の発生 / Gタンパク質共役型受容体 / 歯の石灰化 / エナメル質 / 細胞外環境 / 細胞外pH / エナメル芽細胞 / 石灰化機構 / pH制御機構 / 外胚葉性器官 / 象牙芽細胞 / 石灰化

Outline of Research at the Start

近年の歯の再生技術の進歩により人工歯胚を構成し、石灰化させることが可能となってきたが、人工歯胚作成の効率化が当面の課題である。当研究室では今までに機能の報告が全くない、いわゆるオーファン受容体であるGpr115が歯胚に高発現であり、エナメル質及び象牙質の石灰化に関与することを発見した。
本研究では、Gpr115の歯の発生における機能解析を行うことにより、歯の石灰化に関わる今までに明らかとなっていなかった新規機序の発見、およびGpr115を活性化させるリガンドの探索を行い、歯の石灰化促進法の開発を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

歯の発生は、組織特異的な遺伝子群が発生段階に応じて制御されることで進行していく。我々は歯の発生に関わる新規の分子機構を解明するため、歯胚に高発現であり、かつ機能が不明である遺伝子の同定と機能解析を進めている。本研究では、今までに機能やリガンドが明らかとなっていない、いわゆるオーファン受容体であるGタンパク質共役型受容体(GPCR)Gpr115の歯の発生過程における機能解析を当初の目的とした。
Gpr115欠損マウスでは低成熟型エナメル質形成不全が認められたことより、Gpr115は歯の石灰化に重要な分子であることが明らかとなったが、その一方で、このマウスに認められたエナメル質の欠損は軽微であった。このことから、類似の機能を有する分子がGpr115の機能を補償しているという仮説を立て、令和４年度ではGpr115と同じGPCRのグループに属するGpr111の歯の発生過程における機能解析を行なった。
Gpr111は進化学的にGpr115より派生した重複遺伝子であり、Gpr115と同様に成熟期のエナメル芽細胞に高発現であった。Gpr111欠損マウスを作成し、歯の表現型を解析した結果、低成熟型エナメル質形成不全を示すことが明らかとなった。このことから、Gpr111はエナメル質の石灰化に重要な遺伝子であることが示唆された。
本研究で得られた知見により、エナメル質石灰化を制御する新規の分子機構が明らかとなった。これまでGpr115の機能は不明であったため、本知見はGpr115の脱オーファン化の第一歩となるとともに、歯に特異的な発現を示すGpr115を標的とした、エナメル質石灰化を制御する試薬創出につながる発見となった。

Research Products

• [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 米国国立衛生研究所(米国)
• [Int'l Joint Research] 北京大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 四川大学(中国)
• [Int'l Joint Research] 米国国立衛生研究所(米国)
• [Journal Article] Enamel defects of Axenfeld‐Rieger syndrome and the role of PITX2 in its pathogenesis (2022)
  • Author(s): Yang Yi、Zhu Junxia、Chiba Yuta、Fukumoto Satoshi、Qin Man、Wang Xin
  • Journal Title: Oral Diseases Volume: in press Issue: 8 Pages: 3654-3664
  • DOI: 10.1111/odi.14315
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The tooth-specific basic-helix-loop-helix factor AmeloD promotes differentiation of ameloblasts (2022)
  • Author(s): Jia L, Chiba Y, Saito K, Yoshizaki K, Tian T, Han X, Mizuta K, Chiba M, Wang X, Al Thamin S, Yamada A, Fukumoto S.
  • Journal Title: Journal of cellular physiology Volume: 237(2) Issue: 2 Pages: 1597-1606
  • DOI: 10.1002/jcp.30639
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] An ex vivo organ culture screening model revealed that low temperature conditions prevent side effects of anticancer drugs (2022)
  • Author(s): Tian Tian、Miyazaki Kanako、Chiba Yuta、Funada Keita、Yuta Tomomi、Mizuta Kanji、Fu Yao、Kawahara Jumpei、Han Xue、Ando Yuna、Funada Ami、Yamada Aya、Iwamoto Tsutomu、Nakamura Seiji、Takahashi Ichiro、Fukumoto Satoshi、Yoshizaki Keigo
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 3093-3093
  • DOI: 10.1038/s41598-022-06945-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] シングルセルRNAシーケンスによる歯原性細胞マーカー遺伝子の探索と機能解析 (2022)
  • Author(s): 千葉 雄太
  • Journal Title: 小児歯科学雑誌 Volume: 60 Pages: 1-7
• [Journal Article] Transcriptional regulation of the basic helix-loop-helix factor AmeloD during tooth development (2021)
  • Author(s): Al Thamin S, Chiba Y, Yoshizaki K, Tian T, Jia L, Wang X, Saito K, Li J, Yamada A, Fukumoto S.
  • Journal Title: Journal of cellular physiology Volume: 236(11) Issue: 11 Pages: 7533-7543
  • DOI: 10.1002/jcp.30389
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Connexin 43-mediated gap junction communication regulates ameloblast differentiation via ERK1/2 phosphorylation (2021)
  • Author(s): Yamada A, Yoshizaki K, Ishikawa M, Saito K, Chiba Y, Fukumoto E, Hoshikawa S, Chiba M, Nakamura T, Iwamoto T, Fukumoto S.
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 12 Pages: 748574-748574
  • DOI: 10.3389/fphys.2021.748574
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Sp6/Epiprofin is a master regulator in the developing tooth (2021)
  • Author(s): Rhodes Craig S.、Yoshitomi Yasuo、Burbelo Peter D.、Freese Nowlan H.、Nakamura Takashi、Chiba Yuta、Yamada Yoshihiko
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 581 Pages: 89-95
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.10.017
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Integration of Single-Cell RNA- and CAGE-seq Reveals Tooth-Enriched Genes (2021)
  • Author(s): Chiba Y.、Yoshizaki K.、Tian T.、Miyazaki K.、Martin D.、Saito K.、Yamada A.、Fukumoto S.、Genomics and Computational Biology Core
  • Journal Title: Journal of Dental Research Volume: - Issue: 5 Pages: 002203452110497-002203452110497
  • DOI: 10.1177/00220345211049785
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Expression Patterns of Claudin Family Members During Tooth Development and the Role of Claudin-10 (Cldn10) in Cytodifferentiation of Stratum Intermedium (2020)
  • Author(s): Wang Xin、Chiba Yuta、Jia Lingling、Yoshizaki Keigo、Saito Kan、Yamada Aya、Qin Man、Fukumoto Satoshi
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 8 Pages: 595593-595593
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.595593
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Single-Cell RNA-Sequencing From Mouse Incisor Reveals Dental Epithelial Cell-Type Specific Genes (2020)
  • Author(s): Chiba Y, Saito K, Martin D, Boger ET, Rhodes C, Yoshizaki K, Nakamura T, Yamada A, Morell RJ, Yamada Y, Fukumoto S.
  • Journal Title: Front Cell Dev Biol Volume: 8 Pages: 841-841
  • DOI: 10.3389/fcell.2020.00841
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] G protein coupled receptor Gpr115 (Adgrf4) is required for enamel mineralization mediated by ameloblasts (2020)
  • Author(s): Chiba Yuta、Yoshizaki Keigo、Saito Kan、Ikeuchi Tomoko、Iwamoto Tsutomu、Rhodes Craig、Nakamura Takashi、de Vega Susana、Morell Robert J.、Boger Erich T.、Martin Daniel、Hino Ryoko、Inuzuka Hiroyuki、Bleck Christopher K.E.、Yamada Aya、Yamada Yoshihiko、Fukumoto Satoshi
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 295 Issue: 45 Pages: 15328-15341
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.014281
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sox21 Regulates Anapc10 Expression and Determines the Fate of Ectodermal Organ (2020)
  • Author(s): Saito K, Michon F, Yamada A, Inuzuka H, Yamaguchi S, Fukumoto E, Yoshizaki K, Nakamura T, Arakaki M, Chiba Y, Ishikawa M, Okano H, Thesleff I, Fukumoto S.
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 7 Pages: 101329-101329
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101329
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Melnick-Needles syndrome associated molecule, Filamin-A regulates dental epithelial cell migration and root formation (2020)
  • Author(s): Hino Ryoko、Yamada Aya、Chiba Yuta、Yoshizaki Keigo、Fukumoto Emiko、Iwamoto Tsutomu、Maruya Yuriko、Otsu Keishi、Harada Hidemistu、Saito Kan、Fukumoto Satoshi
  • Journal Title: Pediatric Dental Journal Volume: 30 Issue: 3 Pages: 208-214
  • DOI: 10.1016/j.pdj.2020.09.003
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification and function analysis of ameloblast differentiation-related molecules using mouse incisors (2020)
  • Author(s): Saito Kan、Chiba Yuta、Yamada Aya、Fukumoto Satoshi
  • Journal Title: Pediatric Dental Journal Volume: 30 Issue: 3 Pages: 129-138
  • DOI: 10.1016/j.pdj.2020.08.001
  • Peer Reviewed
• [Presentation] サイトケラチンの網羅的解析による新たな歯原性上皮細胞マーカーの同定とその機能解析 (2022)
  • Author(s): 稲田 幸織, 千葉 雄太, 韓 旭, 佐藤 浩, 岡 桜恵, 福本 敏
  • Organizer: 第60回日本小児歯科学会大会
• [Presentation] S100a6がエナメル芽細胞分化に及ぼす影響 (2022)
  • Author(s): 大竹 慎司, 千葉 雄太, 吉岡 直哉, 室月 研, 山田 亜矢, 福本 敏, 齋藤 幹
  • Organizer: 第60回日本小児歯科学会大会
• [Presentation] シングルセルRNAシークエンスを用いた 歯の発生基盤の解明と再生医療への応用 (2022)
  • Author(s): 千葉 雄太, 福本 敏
  • Organizer: 第76回NPO法人日本口腔科学会学術集会 シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] パーキンソン病病態と関連した破骨細胞分化を促進する新たな脱ユビキチン化経路の同定 (2022)
  • Author(s): 千葉 満生、星川 聖良、齋藤 幹、千葉 雄太、山田 亜矢、福本 敏
  • Organizer: 第64回歯科基礎医学会
• [Presentation] 歯特異的転写因子AmeloD結合タンパク質の酵母Two-Hybrid法によるスクリーニング (2022)
  • Author(s): 岡桜恵、佐藤浩、千葉雄太、吉崎恵悟、福本敏
  • Organizer: 第64回歯科基礎医学会
• [Presentation] GPI アンカー型タンパク質 Lypd1 は，前象牙芽細胞特異的に発現し象牙芽細胞分化を制御する (2022)
  • Author(s): 傅 堯, 宮崎 佳奈子, 吉崎 恵悟, 千葉 雄太, 川原 純平, 湯田 智美, 田 甜, 水田 敢士, 福本 敏, 高橋 一郎
  • Organizer: 第64回歯科基礎医学会
• [Presentation] 転写因子AmeloDが制御する新規エナメル質形成分子機序の解明 (2021)
  • Author(s): 賈 玲玲, 千葉 雄太, 吉崎 恵悟, 齋藤 幹, 福本 敏
  • Organizer: 第59回日本小児歯科学会
• [Presentation] 歯の発生に関わる新規細胞マーカー遺伝子の同定と機能解析 (2021)
  • Author(s): 千葉 雄太
  • Organizer: 第59回日本小児歯科学会
• [Presentation] GPIアンカー型タンパク質Lypd1は象牙芽細胞分化に重要な役割を果たす(A GPI-anchored protein Lypd1 plays an important role in odontoblast differentiation during tooth development) (2021)
  • Author(s): 傳 堯, 宮崎 佳奈子, 吉崎 恵悟, 千葉 雄太, 鮒田 啓太, 田 甜, 湯田 智美, 水田 敢士, 福本 敏, 高橋 一郎
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会
• [Presentation] Gタンパク質共役型受容体Gpr111/Adgrf2はエナメル質の石灰化を制御する(G-protein coupled receptor Gpr111/Adgrf2 regulates enamel mineralization) (2021)
  • Author(s): 千葉 雄太, 吉崎 恵悟, 田 甜, 千葉 満生, 韓 旭, 稲田 幸織, 福本 敏
  • Organizer: 第63回歯科基礎医学会
• [Presentation] Identification and functional analysis of novel genes from developing tooth germ (2021)
  • Author(s): Yuta Chiba
  • Organizer: The 31st Fukuoka Inernational Symposium on Pediatric/Maternal-child health research (FISP/M)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Single-cell RNA-seq profiling of the dental epithelium in the ever-growing mouse incisor (2021)
  • Author(s): Yuta Chiba
  • Organizer: The 99th General Session of IADR 2021 SYMPOSIA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 成熟期エナメル芽細胞におけるGタンパク質共役型受容体の機能解析 (2020)
  • Author(s): 千葉 雄太, 斎藤 幹, 吉崎 恵悟, 福本 敏
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] シングルセルRNAシーケンスによる歯胚遺伝子発現プロファイル (2020)
  • Author(s): 千葉 雄太, 王 欣, 吉岡 直哉, 福本 敏
  • Organizer: 第62回歯科基礎医学会学術大会
• [Presentation] シングルセルRNAシークエンスによる歯の発生に関わる全細胞の網羅的遺伝子発現解析 (2020)
  • Author(s): 千葉雄太, 齋藤幹, 日野綾子, 新垣真紀子, 小山田優, 丸谷由里子, 山田亜矢, 福本敏
  • Organizer: 第58回日本小児歯科学会大会