Secretory mechanism of GMSC derved exosomes and suppression of bone resorption by internalizing miRNA

• Project/Area Number: 21K21017
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0907:Oral science and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Nakao Yuki 九州大学, 大学病院, 助教 (90906322)
• Project Period (FY): 2021-08-30 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: エクソソーム / 歯肉幹細胞 / 幹細胞

Outline of Research at the Start

先行研究の結果を踏まえ、以下2点について検証を行う。
① 歯肉幹細胞へのTNF-α刺激により確認されたエクソソーム分泌促進機構の解明
② TNF-α誘導性エクソソーム内包miR-1260bによる骨吸収抑制効果
エクソソーム分泌促進機構の解明は、間葉系幹細胞 ( MSC )由来エクソソームによる治療効果の改善への応用が期待される。一方、骨吸収抑制効果が予想されるmiR-1260b単独での検証は骨粗鬆症への新規核酸製剤の標的としての可能性を有する。これらの検証は、新規歯周病治療の開発や、 MSC由来エクソソームによる全身疾患や再生療法への応用における基盤構築としての学術的な波及効果が期待される。

Outline of Final Research Achievements

Based on previous studies, we hypothesized that miR-1260b could be a useful tool for the treatment of periodontitis. miR-1260b was confirmed to target the ER stress-regulated gene ATF6β by Database search, suggesting ATF6β-mediated regulation of periodontitis by miR-1260b. Indeed, the ER stress-related gene ATF6β was strongly induced in a mouse model of periodontitis. Furthermore, we confirmed that miR-1260b significantly suppressed ER stress-related gene ATF6β expression and alveolar bone resorption. These results suggest that miR-1260b suppresses osteoclast differentiation by regulating the ER stress response.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

間葉系幹細胞 (Mesenchymal Stem Cells：MSC) は、再生医療における代表的ソースとして利用されている。これまでに、MSCは骨髄のみならず多くの結合組織にも存在していること、とりわけ口腔内では、歯髄、歯肉、歯根膜など多数の部位で存在が確認されている。さらに、現在、MSCから分泌される細胞外小胞には、分泌細胞由来のタンパク質やmiRNAが含まれることが分かり、バイオマーカーや治療への応用で注目を集めている。
このようにMSCエクソソーム内容物の特異性や疾患治療標的miRNAついて解明することで、MSC由来細胞外分泌小胞を用いた医療応用の基盤構築が期待される。

Research Products

• [Journal Article] miR-1260b inhibits periodontal bone loss by targeting ATF6β mediated regulation of ER stress. (2022)
  • Author(s): Hayashi C, Fukuda T, Kawakami K, Toyoda M, Nakao Y, Watanabe Y, Shinjo T, Sano T, Iwashita M, Yotsumoto K, Shida M, Taketomi T, Sanui T, Uchiumi T, Kanematsu T, Nishimura F.
  • Journal Title: Front Cell Dev Biol Volume: 10 Pages: 1061216-1061216
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.1061216
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extracellular vesicles derived from GMSCs stimulated with TNF-α and IFN-α promote M2 macrophage polarization via enhanced CD73 and CD5L expression. (2022)
  • Author(s): Watanabe Y, Fukuda T, Hayashi C, Nakao Y, Toyoda M, Kawakami K, Shinjo T, Iwashita M, Yamato H, Yotsumoto K, Taketomi T, Uchiumi T, Sanui T, Nishimura F.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 13344-13344
  • DOI: 10.1038/s41598-022-17692-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 歯肉幹細胞由来エクソソーム内包mi-1260bによる小胞体ストレス応答制御を介した歯周炎骨吸収抑制効果 (2022)
  • Author(s): 林千華子、福田隆男、渡邊ゆかり、川上賢太郎、豊田真顕、中尾雄紀、四本かれん、大和寛明、新城尊徳、讃井彰一、西村英紀
  • Organizer: 第６５回春季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] バイオ３Dプリンターを用いた、間葉系幹細胞からの骨様立体構造物作製への挑戦 (2022)
  • Author(s): 豊田真顕、梶岡俊一、福田隆男、渡邊ゆかり、林千華子、川上賢太郎、中尾雄紀、四本かれん、大和寛明、新城尊徳、讃井彰一、西村英紀
  • Organizer: 第６５回春季日本歯周病学会学術大会
• [Presentation] TNF-α/IFN-α共刺激した歯肉幹細胞由来エクソソームは、CD73とCD５Lを介して抗炎症性M2マクロファージ を誘導する (2022)
  • Author(s): 渡邊ゆかり、林千華子、川上賢太郎、豊田真顕、中尾雄紀、四本かれん、新城尊徳、岩下未咲、讃井彰一、福田隆男、西村英紀
  • Organizer: 日本歯科保存学会2022年度秋季学術大会（第156回）
• [Presentation] 歯肉幹細胞由来エクソソーム内包miR-1260bによる小胞体ストレス応答制御を介した歯槽骨吸収抑制作用. (2021)
  • Author(s): 林千華子, 福田隆男, 渡邊ゆかり, 川上賢太郎, 豊田真顕, 中尾雄紀, 四本かれん，大和寛明，新城尊徳，讃井彰一，西村英紀.
  • Organizer: 2021年度日本歯科保存学会秋季学術大会(第155回)
• [Presentation] Exosomes from TNF-α-treated human gingiva-derived MSCs enhance M2 macrophage polarization and inhibit periodontal bone loss. (2021)
  • Author(s): Yuki Nakao, Yukari Watanabe, Chikako Hayashi, Hiroaki Yamato, Karen Yotsumoto, Terukazu Sanui, Takanori Shinjo, Takao Fukuda, Fusanori Nishimura.
  • Organizer: Kyudai Oral Bioscience & OBT Research Center 5th Joint International Symposium(国際学会)
• [Presentation] Exosomal miR-1260b derived from TNF-α-treated hGMSCs inhibits periodontal bone loss by targeting ATF6β-mediated regulation of ER stress. (2021)
  • Author(s): Chikako Hayashi, Takao Fukuda, Yukari Watanabe, Kentaro Kawakami, Masaaki Toyoda, Yuki Nakao, Karen Yotsumoto, Hiroaki Yamato, Takanori Shinjo, Terukazu Sanui, Fusanori Nishimura
  • Organizer: Kyudai Oral Bioscience & OBT Research Center 5th Joint International Symposium(国際学会)