A novel mechanism for promoting osteoblast differentiation by mechanical stimulation -- Function of transcription cofactor VGLL3

• Project/Area Number: 22K06790
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 48010:Anatomy-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 池亀 美華 岡山大学, 医歯薬学域, 准教授 (70282986)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡村 裕彦 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (20380024) ; 平山 晴子 岡山大学, 自然生命科学研究支援センター, 助教 (40635257) ; 福原 瑶子 (内田瑶子) 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (60779742)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: VGLL3 / 骨芽細胞分化 / 選択的スプライシング / 骨芽細胞 / 機械的刺激 / スプライシング

Outline of Research at the Start

我々は、機械的刺激による骨芽細胞分化促進に伴い著しく増加する新規因子としてVGLL3を見出し、さらに、VGLL3は選択的スプライシング調節機能をもつ可能性をつかんでいる。本研究では、培養細胞と実験動物を用いて、VGLL3の骨芽細胞分化や骨形成における働き、さらに遺伝子のスプライシングバリアント発現への影響について解析する。その結果、新たな骨芽細胞分化調節機構が明らかになることが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

骨芽細胞分化のメカニズムを解明することは骨疾患の病因解明や治療法開発に重要であり、近年、選択的スプライシングが病因となりうることも解ってきた。我々は、機械的刺激による骨芽細胞分化促進に伴い著しく増加する新規因子として転写共因子VGLL3を見出し、これが骨芽細胞 分化に重要な因子であること、さらに、VGLL3には選択的スプライシング調節機能がある可能性もつかんでいる。本研究の目的は、VGLL3の骨芽細胞分化における機能を解析し、さらにスプライシングバリアント発現について検討し、新たな骨芽細胞分化調節メカニズムを解明することである。
2022年度の研究成果は、骨芽細胞様細胞のVGLL3遺伝子発現阻害を行い、骨芽細胞の分化や、機械的刺激への応答について検討を進め、その成果の一部は論文で発表した。これにより、骨芽細胞分化調節メカニズムに関して新たな知見を加えることができた。
一方、VGLL3の機能を明らかにするために計画した、パートナーとして機能する転写因子の解明に関しては、タグ付きVGLL3遺伝子の過剰発現が困難であり、停滞している。
さらに、VGLL3の選択的スプライシング発現調節への関与については、VGLL3遺伝子発現阻害することにより発現変化したスプライシングバリアントを網羅的に解析することを試みたが、大量データ解析を依頼している王が想定外に多忙を極めているため進行が滞っている。
また、ゲノム編集によりVgll3遺伝子ノックアウトマウスを作成するプロジェクトは、予算的に難しいため、ノックアウトマウスを維持している他大学に移譲を交渉中である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

骨芽細胞様細胞へのタグ付VGLL3の強制発現が思いの他難しく、現在までに数種類の試薬を試している。しかし、発現率が非常に低く、実験を進めるには不十分な状況が続いている。
Vgll3遺伝子抑制により選択的スプライシングが変化した因子をある程度まではつかめているが、その裏付けをとるためのステップが進められておらず、まだ候補因子を絞れていない。
Vgll3遺伝子ノックアウトマウスの作成を断念したのち、他大学に依頼をかけているが、返信が得られない状況である。

Strategy for Future Research Activity

１．タグ付きVgll3を強制発現させるため、別の試薬をさらに試す。
２．Vgll3抑制により変化するスプライシングバリアントの網羅的解析を続ける。しかし、王の状況に変化がない場合には、現在あるデータをもとに候補因子の当たりをつけて解析を進める。
３．生体内でのVgll3の機能を解析するために遺伝子改変は欠かせない手法であり、さらに他大学との交渉をすすめるが、困難な場合は細胞培養系を用いた解析を主として進めていく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ハルビン医科大学(中国)
• [Journal Article] Vestigial-Like 3 Plays an Important Role in Osteoblast Differentiation by Regulating the Expression of Osteogenic Transcription Factors and BMP Signaling (2022)
  • Author(s): Haoze Yuan, Mika Ikegame, Yoko Fukuhara, Fumiko Takemoto, Yaqiong Yu, Jumpei Teramachi, Yao Weng, Jiajie Guo, Daisuke Yamada, Takeshi Takarada, Ying Li, Hirohiko Okamura & Bin Zhang
  • Journal Title: Calcif Tissue Int Volume: 111 Issue: 3 Pages: 331-344
  • DOI: 10.1007/s00223-022-00997-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Vestigial-like3は骨芽細胞の初期分化において重要な役割を果たす (2022)
  • Author(s): 池亀美華、福原瑤子、岡村裕彦
  • Organizer: 第40回 日本骨代謝学会学術集会