| Project/Area Number |
20K20611
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 57:Oral science and related fields
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
滝川 正春 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (20112063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青山 絵理子 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (10432650)
星島 光博 岡山大学, 歯学部, 客員研究員 (30736567)
久保田 聡 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (90221936)
西田 崇 岡山大学, 医歯薬学域, 准教授 (30322233)
江口 傑徳 岡山大学, 医歯薬学域, 講師 (20457229)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2023: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
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| Keywords | 軟骨 / S-アデノシルメチオニン / CCN2 / ODC / ポリアミン / アグリカン / II型コラーゲン / 遺伝子発現 / CCNタンパク質 / GDF-5 / 分化機能 / 軟骨細胞 / 解糖 / 細胞分化 / 細胞増殖 / 細胞生存 / コンドロニュートリゲノミクス / CCN2/CTGF / ニュートリジェネティクス / GDF5 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、軟骨研究にニュートリゲノミクスという概念を導入し、分子生物学的研究に偏重している昨今の軟骨研究の流れに変革をもたらし、コンドロニュートリゲノミクスという新研究領域を開拓する。即ち、内軟骨性骨化促進因子CCN2/CTGFや関節軟骨形成因子GDF5を主たる対象として糖質、アミノ酸、脂質の3大栄養素及びその代謝産物が情報物質となり作用すること、また、その逆の経路の存在も明らかにする。次いで、GDF5作用を増強するCCN2の発現を増強する栄養・代謝物を用いてGDF5のSNPによる変形性関節症高感受性を克服する一例を示し、未だ具体例の乏しいコンドロニュートリジェネティクス研究に先鞭を付ける。
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| Outline of Annual Research Achievements |
アミノ酸代謝産物s-アデノシルメチオニン(SAM)がヒト軟骨細胞様細胞株HCS-2/8細胞において、CCN2、SOX9、2型コラーゲン、アグリカン、コンドロイチン合成酵素chsy1とchsy2の遺伝子発現を亢進し、アグリカンの蓄積を促進すること、また、オルニチン脱炭酸酵素（ODC）の遺伝子発現を促進することを確認し、さらに、ポリアミンレベルも上昇させることをHPLCにより確かめた。また、SAMのアグリカン蓄積増強作用がSAM合成酵素であるMAT2aの阻害剤PF9366で阻害されること、ポリアミン合成材料となる脱炭酸SAMをSAMから合成する酵素AMD1の阻害剤Sardomozideで阻害されること、さらに、ODCの阻害剤αDFMOでも阻害されることを新規に解明または再確認した。ポリアミンが軟骨細胞の分化を促進することを我々は以前に報告しているが、このことからSAMは単なるポリアミン合成の材料源になるだけでなく、種々の軟骨分化関連因子の遺伝子発現を促進することによって軟骨分化機能を亢進させることが明白となった。さらに、これらの知見をラット骨肉腫由来の軟骨細胞様細胞株RCS細胞でも確認した。また、軟骨前駆細胞株ATDC5をITSの存在下で成長軟骨細胞へ分化させる培養系でSAMはSox9、 2型コラーゲン、アグリカンの遺伝子発現を促進するだけでなく、石灰化も促進する予備的知見も得た。即ち、本研究成果はコンドロニュートリゲノミクス研究の重要な一例となった。コンドロニュートリジェネティクス研究では、昨年度CCN2が関節軟骨形成因子GDF5と結合するだけでなく、BMPRIIおよびBMPR1αとβとも結合することを解明したので、GDF5とCCN2の結合が軟骨細胞分化に与える影響を検討したところ、軟骨分化の程度に依存したcontext-dependentな作用を示す可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コンドロニュートリゲノミクス研究：これまで、アミノ酸代謝産物s-アデノシルメチオニン（SAM）が軟骨細胞の分化機能発現に重要な働きを示すそのメカニズムとして、SAMが単に軟骨分化促進作用を有するポリアミンの合成の材料源となるだけでなく、ポリアミン合成の律速酵素であるオルニチン脱炭酸酵素(ODC)、軟骨分化促進因子CCN2、軟骨2大分化マーカであるアグリカンやII型コラーゲン等の各種軟骨分化関連遺伝子の遺伝子発現を促進することにより軟骨分化を促進することを明らかにし、コンドロニュートリゲノミクス研究の重要な一例となることを明らかにして、国際誌に発表することが出来た。しかし、上記の経路のクロストークの状況や遺伝子発現の詳細なメカニズムは未だ解明できていない。コンドロニュートリジェネティクス関連ではCCN2とGDF5の結合が、培養細胞では軟骨分化の時期によるcontext-dependentな相乗作用を発揮している可能性を示唆する予備的結果は得られたものの、軟骨の発生・分化・成長の如何なる局面で如何なる作用を発揮するかを未だ解明できていない。
その最大の要因は、新型コロナ感染が拡大し始めた頃に、本研究課題が採択され、当初の3年間がコロナ禍にあったことがある。この間、実験時間の制約、臨床系講座の大学院生の病院への動員によるマンパワーの減少、物流トラブルによる試薬等の納入時期の遅延、外注環境の悪化等で研究の進行が大きく妨げられた。また、もう一つ、コロナ禍真っ最中のR3年度からコロナ禍からの回復期であるR5年度末までの3年間、研究代表者と分担者・大学院生が本来は常駐すべき歯学部棟が改修工事のため、複数の避難場所に実験室や居室がバラバラに散らばり、極めて不自由な実験環境におかれたことが、コロナ被害を大きくし、コロナ禍後の回復をも大きく遅延させたことがあげられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.コンドロニュートリゲノミクス研究: コンドロニュートリゲノミクスの一例として、R5年度にアミノ酸代謝産物SAMの軟骨分化機能亢進作用の作用メカニズムとして、SAMが軟骨分化促進作用のあるポリアミンの材料源になるだけでなく、各種軟骨分化関連遺伝子の遺伝子発現を誘導すること、即ち情報伝達分子として機能することを明らかにして、国際雑誌に発表した。今後は、どの遺伝子の発現亢進がどの遺伝子の発現を誘発するかなどそのカスケードを明らかにすると共に、その分子メカニスム、特にメチル化との関連を調べる。また、軟骨内SAMレベルを上昇させる栄養・代謝物や機能分子を探索する。さらに、アミノ酸代謝産物だけでなく糖質及び脂質代謝物に関しても、CCN2等の軟骨成長因子・分化マーカーの遺伝子発現に対する影響を調ベ、軟骨ニュートリゲノミクスの研究成果例を3大栄養素にまで拡げ、新研究領域コンドロニュートリゲノミクスをさらに開拓する。
2.コンドロニュートリジェネティクス: R5年度は、GDF5とCCN2の結合が軟骨細胞の増殖・分化に与える影響について、細胞の分化時期によるcontext-dependentな作用を発揮している可能性を示唆するデータを得た。そこで、軟骨細胞株HCS-2/8細胞やRCS細胞だけでなく、軟骨前駆細胞株ADTDC5、未分化間葉系細胞株C3H10T1/2を用いて軟骨発生初期から軟骨分化後期までの広範囲の分化過程を再現できる実験系を用いて両者の結合による軟骨細胞に対する作用を調べる。次いで、マウスの発生時期で両者が共局在する時期を解明して、培養系だけでなく、真にin vivoで発揮される作用が軟骨形成促進作用であることを示す。次いで、変形性関節症モデルマウス(GDF5ヘテロ欠損マウス)等の軟骨疾患マウスモデルを用いて、コンドロニュートリジェネティクス研究の端緒を拓く一例とする。
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