新規軟骨老化促進因子CCN3の加齢に伴った発現誘導と細胞周期停止機構の解明

• Project/Area Number: 21K09815
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57010:Oral biological science-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 服部 高子 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (00228488)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 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) ; 高江洲 かずみ (河田かずみ) 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (10457228)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: CCN3 / 変形性股関節症 / 軟骨組織 / 初代股関節培養細胞 / Mankin Score / CCN3トランスジェニックマウス / aggrecan neo-epitope / メカニカルストレス / CCN family member 3 / 加齢 / 老化 / SASP / 細胞周期停止因子 / p21プロモータ活性 / 変形性関節症 / CCN3tgマウス / CCN3/NOV / 細胞周期 / 軟骨

Outline of Research at the Start

変形性関節症の発症機構には軟骨組織における細胞老化の関与が知られている一方で、軟骨細胞の「老化を制御」する分子機構は全く明らかでない。申請者らは、軟骨組織の発生・分化・再生過程における多様な生理機能を持つCellular Communication Network Factor(CCN)ファミリー遺伝子のうち、CCN3について①CCN3は軟骨細胞老化マーカーである、②CCN3は不可逆的な細胞周期の停止を誘導する、軟骨細胞老化促進因子であるとの知見を得た。さらに我々は本研究で加齢におけるCCN3の誘導機構、また、CCN3による細胞周期停止機構を明らかにすることで、関節軟骨の老化機構の解明、さらに老化を制御することを試み、健康寿命の延伸への応用を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

変形性股関節症(OA)の発症要因としてあげられる加齢、荷重およびCCN3の発現と軟骨組織の変性との関連を、大腿骨頭軟骨組織を用いて解析することを目的として以下の結果を得た。①OAによる人工関節置換手術（OA群）と大腿骨頭骨折（正常群）によって得られた患者由来の大腿骨頭から荷重部と非荷重部を分取し、遺伝子発現を組織より直接、また初代培養軟骨細胞より調べたところ、荷重、非荷重に関わらずOA群でOA関連因子やCCN3 mRNAの有意な上昇を認めた。組織より直接回収したRNA, 初代培養した細胞より回収したRNA共に荷重部、非荷重部の間に遺伝子発現の有意差は認められなかった。②RNAを回収した領域と隣接した領域を組織解析用に回収し、軟骨組織の変性をSafranin O-Mankin scoreで評価した。OA群と正常群の比較には、年齢に有意差がないことを確認し、それぞれの群の中で年齢とMankin scoreの相関がないことを確認した。③CCN3およびOAマーカーとなるaggrecan neo-epitopeの免疫染色により組織への蓄積を比較したところ、OA群で荷重部、非加重部ともに著しい陽性細胞の増加を確認した。④CCN3遺伝子の発現とその近傍組織のMankin scoreに正の相関が観察された。正常群でもCCN3発現の高い組織のMankin Scoreは比較的高かった。⑤軟骨組織にCCN3を過剰発現させたトランスジェニックマウス(Tg)を作製し、股関節および弱荷重関節として肩関節のX線解析、培養軟骨細胞のRNA解析、組織の免疫染色を行なったところ、CCN3 Tgの大腿骨頭および肩関節では早期より関節変性を認め、大腿骨頭初代培養軟骨細胞で、Ccn3とOA関連マーカーの有意な遺伝子発現上昇を観察し、aggrecan neo-epitopeの組織への蓄積を免疫染色で観察した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究は本来計画した実験に加えて、CCN3の過剰発現が変形性関節症の発症や重症化に関与しているか言及したもので、当研究の加齢とCCN3の発現上昇の関連性に加え、CCN3の発現と変形性股関節症の有無、さらには重症度との有意な相関があること、一方でOAの発症と年齢やメカニカルストレスとには相関がないことを明らかにし、国際情報誌に発信した。さらには、既にRNA-Seqを行なって網羅的遺伝発現の解析を行なっており、本来計画していた研究の進捗にも遅れがないと考えられることから、当初の計画以上に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

2023年度においてもRNA-Seqの解析結果をもとに加齢によって誘導される因子とCCN3の発現との検証、および変形性関節症の発症とCCN3の発現との検証を引き続き進めていく予定である。
得られた研究成果は時間をおかず国際情報誌に発表する予定である。

Research Products

• [Journal Article] Do not overwork: cellular communication network factor 3 for life in cartilage. (2023)
  • Author(s): Kubota S, Kawaki H, Perbal B, Takigawa M, Kawata K, Hattori T, Nishida T.
  • Journal Title: J Cell Commun Signal. Volume: Feb 6. Issue: 2 Pages: 353-359
  • DOI: 10.1007/s12079-023-00723-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular and Genetic Interactions between CCN2 and CCN3 behind Their Yin-Yang Collaboration. (2022)
  • Author(s): Kubota S, Kawata K, Hattori T, Nishida T.
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 24;23(11) Issue: 11 Pages: 5887-5887
  • DOI: 10.3390/ijms23115887
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Maternal gut microbiome decelerates fetal endochondral bone formation by inducing inflammatory reaction. (2022)
  • Author(s): Yoko Uchida-Fukuhara, Takako Hattori, Fu Shanqi, Sei Kondo, Miho Kuwahara, Daiki Fukuhara, Md Monirul Islam, Kota Kataoka, Daisuke Ekuni, Satoshi Kubota, Manabu Morita, Mika ikegame, Hirohiko Okamura
  • Journal Title: Microorganisms Volume: 1000 Issue: 5 Pages: 1-10
  • DOI: 10.3390/microorganisms10051000
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cysteinyl leukotriene receptor 1 is dispensable for osteoclast differentiation and bone resorption (2022)
  • Author(s): Fujita Hirofumi、Ando Aoi、Mizusawa Yohei、Ono Mitsuaki、Hattori Takako、Habuta Munenori、Oohashi Toshitaka、Kubota Satoshi、Ohuchi Hideyo
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 17 Issue: 11 Pages: e0277307-e0277307
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0277307
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Elevated Expression of CCN3 in Articular Cartilage Induces Osteoarthritis in Hip Joints Irrespective of Age and Weight Bearing (2022)
  • Author(s): Kazuki Hirose, Miho Kuwahara, Eiji Nakata, Tomonori Tetsunag, Kazuki Yamada, Kenta Saiga, Masaharu Takigawa, Toshifumi Ozaki, Satoshi Kubota and Takako Hattori
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 23 Issue: 23 Pages: 15311-15311
  • DOI: 10.3390/ijms232315311
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bipartite regulation of cellular communication network factor 2 and fibroblast growth factor 1 genes by fibroblast growth factor 1 through histone deacetylase 1 and fork head box protein A1 (2021)
  • Author(s): Elseoudi Abdellatif、Nishida Takashi、Mizukawa Tomomi、Hattori Takako、Kawata Kazumi、Taha Eman A.、Takigawa Masaharu、Kubota Satoshi
  • Journal Title: Journal of Cell Communication and Signaling Volume: 15 Issue: 1 Pages: 81-91
  • DOI: 10.1007/s12079-020-00600-4
  • NAID: 120007182886
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] UCP1 expression in the mouse adrenal gland is not upregulated by thermogenic conditions (2021)
  • Author(s): Fujita Hirofumi、Habuta Munenori、Hattori Takako、Kubota Satoshi、Kumon Hiromi、Ohuchi Hideyo
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 566 Pages: 184-189
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.06.013
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cellular communication network factor 3 in cartilage development and maintenance (2021)
  • Author(s): Kubota Satoshi、Kawaki Harumi、Perbal Bernard、Kawata Kazumi、Hattori Takako、Nishida Takashi
  • Journal Title: Journal of Cell Communication and Signaling Volume: 15 Issue: 4 Pages: 533-543
  • DOI: 10.1007/s12079-021-00629-z
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Correlation between High Expression of CCN3 and Osteoarthritis in hip joints. (2023)
  • Author(s): Hirose, K., Kuwahara, M., Nakata, E., Tetsunaga, T., Yamada, K., Koura, T., Inoue, T., Takigawa, M., Ozaki, T., Kubota, S., Hattori, T.
  • Organizer: Orthopaedic Research Society 2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DO NOT OVERWORK: CCN3 FOR LIFE IN CARTILAGE. (2022)
  • Author(s): Kubota S., Kawaki, H., Perbal, B., Takigawa, M., Kawata , K., Hattori T. and Nishida, T
  • Organizer: The 11th International Workshop on the CCN family of Genes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メトホルミンによる非コードRNA誘導と軟骨細胞分化促進作用。 (2022)
  • Author(s): 近藤 星、服部高子、桑原実穂、Fu Shanqi、西田 崇、薬師寺翔太、吉岡洋祐、森谷徳文、 飯田征二、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第34回日本軟骨代謝学会
• [Presentation] 変形性股関節症とCCN3発現の相関。 (2022)
  • Author(s): 廣瀬一樹、中田英二、服部高子、鉄永智紀、山田和希、佐藤嘉洋、桑原実穂、滝川正春、 久保田聡、尾崎敏文
  • Organizer: 第34回日本軟骨代謝学会
• [Presentation] 変形性股関節症とCCN3発現の相関。 (2022)
  • Author(s): 廣瀬一樹、服部高子、滝川正春、中田英二、鉄永智紀、山田和希、佐藤嘉洋、小浦卓、 尾﨑敏文、久保田聡
  • Organizer: 第42回日本形態計測学会
• [Presentation] 変形性関節症とCCN3発現の相関。 (2022)
  • Author(s): 廣瀬一樹、服部高子、桑原実穂、滝川正春、中田英二、鉄永智紀、山田和希、佐藤嘉洋、小浦 卓、尾崎敏文、久保田聡
  • Organizer: 第40回日本骨代謝学会
• [Presentation] メトホルミンの軟骨細胞におけるlong non-coding RNA, UCA1およびCCN2の発現制御と代謝における意義。 (2022)
  • Author(s): 近藤 星、 服部高子、桑原実穂、Fu Shanqi、西田 崇、薬師寺翔太、吉岡洋祐、森谷徳文、飯田征二、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第13回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] CCN3の関節軟骨における発現は、年齢、荷重の有無に関わらず変形性関節症と相関する -股関節を用いた研究- (2022)
  • Author(s): 廣瀬一樹、服部高子、桑原実穂、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第13回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] 変形性股関節症とCCN3発現の相関。 (2022)
  • Author(s): 廣瀬一樹、中田英二、鉄永智紀、山田和希、佐藤嘉洋、小浦卓、服部高子、桑原美穂、滝川正春、久保田聡、尾﨑敏文
  • Organizer: 第37回日本整形外科基礎学術集会
• [Presentation] 軟骨組織の加齢変性におけるCCN3の機能。 (2022)
  • Author(s): 桑原実穂、近藤 星、Fu Shanqi、大野充昭、古松毅之、中田英二、滝川正春、服部高子、久保田聡
  • Organizer: 第95回日本生化学会
• [Presentation] 軟骨細胞におけるメトホルミンによるlong non-coding RNA, UCA1およびCCN2の発現制御。 (2022)
  • Author(s): 近藤 星、 服部高子、桑原実穂、Fu Shanqi、西田 崇、薬師寺翔太、吉岡洋祐、森谷徳文、飯田征二、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会 日本生物物理学会 共催
• [Presentation] メトホルミンによる非コードRNA誘導と軟骨細胞分化促進作用 (2022)
  • Author(s): 近藤 星、服部高子、桑原実穂、Fu Shanqi、西田 崇、薬師寺翔太、吉岡洋祐、森谷徳文、飯田征二、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第34回日本軟骨代謝学会,2022, 2, 18-19
• [Presentation] 変形性股関節症とCCN3発現の相関。 (2022)
  • Author(s): 廣瀬一樹、中田英二、服部高子、鉄永智紀、山田和希、佐藤嘉洋、桑原実穂、滝川正春、久保田聡、尾崎敏文
  • Organizer: 第34回日本軟骨代謝学会,2022, 2, 18-19
• [Presentation] Circadian production of melatonin in cartilage modifies rhythmic gene expression. (2021)
  • Author(s): Fu Shanqi, Kuwahara Miho, Uchida Yoko, Kondo Sei, Nishida Takashi, Ikegame Mika, Maruyama Yusuke, Hattori Atsuhiko, Takagaki Asami, Shimomura Yuji, Hayashi Daichi, Kubota Satoshi, Hattori Takako
  • Organizer: 第56回ARCOCSセミナー、岡山大学
  • Invited
• [Presentation] Circadian production of melatonin in cartilage modifies rhythmic gene expression and metabolism (2021)
  • Author(s): Fu Shanqi, Kuwahara Miho, Uchida Yoko, Kondo Sei, Nishida Takashi, Ikegame Mika, Maruyama Yusuke, Hattori Atsuhiko, Takagaki Asami, Shimomura Yuji, Hayashi Daichi, Kubota Satoshi, Hattori Takako
  • Organizer: 第42回岡山歯学会・学術集会、岡山歯学会奨励論文賞受賞講演.
  • Invited
• [Presentation] non-coding RNAを介したメトホルミンの抗線維化作用の解析 (2021)
  • Author(s): 近藤星, 服部高子, 桑原実穂, Fu Shanqi, 西田崇, 吉岡洋祐, 森谷徳文, 飯田征二, 滝川正春, 久保田聡
  • Organizer: 第75回 日本口腔科学会学術集会
• [Presentation] 副腎髄質におけるUCP1タンパク質発現のUCP1レポーターマウスを用いた検証(UCP1-reporter mice reveal UCP1 protein expression in the adrenal medulla) (2021)
  • Author(s): Fujita Hirofumi, Habuta Munenori, Hattori Takako, Kubota Satoshi, Kumon Hiromi, Ohuchi Hideyo
  • Organizer: The Journal of Physiological Sciences 71(Suppl.1)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] メトホルミンの軟骨細胞分化促進作用におけるUCA1とCCN2の役割 (2021)
  • Author(s): 近藤星, 服部高子, 桑原実穂, Fu Shanqi, 西田崇, 吉岡洋祐, 森谷徳文, 飯田征二, 滝川正春, 久保田聡
  • Organizer: 第12回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] 成体神経筋接合部でのCCN ファミリーの役割 (2021)
  • Author(s): 大河原美静、服部高子、久保田聡、伊藤美佳子、増田章男、滝川正春、Karen M. Lyons、大野欽司
  • Organizer: 第12回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] Circadian production of melatonin and its receptors influence metabolism and rhythmic gene expression in chondrocytes. (2021)
  • Author(s): Shanqi Fu, 桑原実穂, 内田瑶子, 近藤星, 池亀美華, 丸山雄介, 服部淳彦, 林大智, 下村侑司, 高垣安紗美, 西田崇, 久保田聡，服部高子
  • Organizer: 第62回 日本生化学会 中国・四国支部例会
• [Presentation] CCN3は関節軟骨の加齢性変性を促進する. (2021)
  • Author(s): 桑原 実穂, 近藤 星, Fu Shanqi, 大野 充昭, 古松 毅之, 中田 英二, 滝川 正春, 久保田 聡, 服部 高子
  • Organizer: 第23回日本骨粗鬆症学会/第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 変形性肩関節症モデルとしてのCCN3過剰発現マウス (2021)
  • Author(s): 廣瀬一樹、中田英二、服部高子、鉄永智紀、山田和希、佐藤嘉洋、桑原実穂、滝川正春、久保田聡、尾崎敏文
  • Organizer: 第23回日本骨粗鬆症学会/第39回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 変形性肩関節症とCCN3発現上昇の相関について (2021)
  • Author(s): 廣瀬一樹、中田英二、服部高子、鉄永智紀、山田和希、佐藤嘉洋、桑原実穂、滝川正春、久保田聡、尾崎敏文
  • Organizer: 第36回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] メトホルミンのUCA1誘導および軟骨細胞分化促進作用. (2021)
  • Author(s): 近藤星, 服部高子, 桑原実穂, Fu Shanqi, 西田崇, 吉岡洋祐, 森谷徳文, 飯田征二, 滝川正春, 久保田聡
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会, 横浜（Web開催）
• [Presentation] Cysltr1遺伝子変異は破骨細胞分化と炎症性骨破壊に影響しない (2021)
  • Author(s): 藤田 洋史, 土生田 宗憲, 大野 充昭, 大橋 俊孝, 服部 高子, 久保田 聡, 大内 淑代
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会, 横浜（Web開催）
• [Presentation] メトホルミンによるUCA1を介した軟骨保護作用の解析 (2021)
  • Author(s): 近藤 星、服部高子、桑原実穂、Fu Shanqi、西田 崇、薬師寺翔太、吉岡洋祐、森谷徳文、飯田征二、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第42回岡山歯学会
• [Presentation] メトホルミンの軟骨細胞におけるUCA1誘導をともなった分化促進作用. (2021)
  • Author(s): 近藤星, 服部高子, 桑原実穂, Fu Shanqi, 西田崇, 吉岡洋祐, 森谷徳文, 飯田征二, 滝川正春, 久保田聡
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会, 横浜（ハイブリッド開催）
• [Presentation] マウス副腎におけるUCP1の発現は寒冷刺激により上昇しない. (2021)
  • Author(s): 藤田 洋史, 土生田 宗憲 , 服部 高子, 久保田 聡, 公文 裕己, 大内 淑代
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会, 横浜（ハイブリッド開催）