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骨細胞ネットワークの石灰化制御・ミネラル溶出による皮質骨多孔化の誘導メカニズム

Research Project

Project/Area Number 22K09911
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 57010:Oral biological science-related
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

長谷川 智香  北海道大学, 歯学研究院, 准教授 (50739349)

Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Keywords皮質骨多孔化 / 骨細胞 / 二次性副甲状腺機能亢進症 / 骨細胞性骨溶解 / Phex/SIBLING family
Outline of Research at the Start

二次性副甲状腺機能亢進症モデル動物(5/6腎臓摘出ラット)における骨細胞ネットワークの石灰化抑制および骨細胞性骨溶解誘導と、カルシウム受容体作動薬投与によるミネラル沈着・石灰化骨基質成熟化の機序解明を目的として、溶媒またはカルシウム受容体作動薬を投与した5/6腎臓摘出ラットを作成し、血清ミネラル濃度などの血清パラメーター、電顕解析などの微細構造解析を含む骨組織解析、シングルセルRNA-seq解析等を行うとともに、培養骨細胞株によるin vitro実験を遂行する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、腎機能障害で発症する二次性副甲状腺機能亢進症(SHPT)における皮質骨多孔化の原因として、骨細胞ネットワークの石灰化成熟の抑制と骨基質ミネラル溶出による骨小腔の拡大と血管侵入が引き金になる可能性について、SHPTを伴う慢性腎不全モデル(CKD-SHPTラット)を用いた解析を進めている。補助事業期間初年度の令和4年度の研究成果として、CKD-SHPTラットは血清PTH、Pi、FGF23濃度の上昇およびCa濃度の低下を示し、皮質骨で骨細胞性骨溶解と骨細胞周囲の骨基質石灰化抑制が推測されること、また、同部位で破骨細胞を伴う血管侵入が認められることを見出した。このことから、SHPTにおける骨細胞異常と骨小腔拡大は皮質骨多孔化に至る起点となり、拡大した骨小腔へ破骨細胞と血管が侵入することで皮質骨多孔化が亢進する可能性を推測した。令和5年度は、これらの研究成果を踏まえて、CKD-SHPTラットに、血清PTH低下作用を有するカルシウム受容体作動薬を投与した場合の骨細胞ネットワークのミネラル沈着・石灰化骨基質成熟化について解析を進めた。その結果、カルシウム受容体作動薬を投与したCKD-SHPTラットでは、皮質骨多孔化が著明に抑制されており、骨細胞性骨溶解を示す骨細胞も有意に減少していた。また、CKD-SHPTラットで見られたSIBLING familyの過剰沈着やPhex/cathepsin Bの発現上昇、pASARMペプチドの蓄積が、正常ラットと同程度まで改善しており、再石灰化を示唆するカルセイン標識された骨小腔が増加していた。このことから、カルシウム受容体作動薬は、CKD-SHPTによる骨細胞性骨溶解を抑制する一方、骨細胞の石灰化抑制を正常化させる可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

補助事業期間2年目となる令和5年度は、カルシウム受容体作動薬を投与したCKD-SHPTラットの骨細胞ネットワークを介したミネラル沈着・石灰化骨基質成熟化について、画像イメージング解析やrealtime-PCR, RNA-seq等の遺伝子発現解析により検索を行った。カルシウム受容体作動薬を投与したCKD-SHPTラットでは、血清PTH値が著明に減少し、皮質骨多孔化が抑制されることが示されたほか、骨細胞性骨溶解を生じた骨細胞の減少、石灰化ミネラルの成熟化に寄与するSIBLING family(DMP1, MEPE)、Phex、Cathepsin B発現の正常化、骨小腔壁への石灰化沈着が認められた。一方、培養骨細胞(MLO-Y4細胞)を用いた解析から、細胞外PiおよびPTHに反応して、骨細胞性骨溶解やPhex/SIBLING familyの遺伝子発現が上昇すること、またPiがPTH受容体の発現を、PTHがPit1/Pit2発現を上昇させることから、PTHとPiが相加的に作用しあい、骨細胞性骨溶解や再石灰化抑制を増悪させる可能性が見いだされた。これらを合わせて考えると、カルシウム受容体作動薬は血清PTHを低下させることにより、CKD-SHPTラットの骨細胞性骨溶解を抑制する一方、骨細胞によるミネラル沈着を正常化させる可能性が推測された。これらの研究成果は、申請者が当初予定していた研究計画よりも早いペースで得られており、研究は当初の計画以上に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度までの解析でCKD-SHPTラットの皮質骨多孔化は、血中に過剰に存在するPiとPTHによる骨細胞の石灰化調節異常(骨細胞性骨溶解や石灰化成熟)が引き金となり、このような部位に骨髄側から破骨細胞や血管が侵入することで生じる可能性が見いだされた。一方で、骨髄側の破骨細胞や血管が、どのようにしてこれら骨細胞異常を認識し皮質骨内部へと侵入してゆくのか、あるいは、骨細胞が破骨細胞や血管を呼び寄せるのか、そのメカニズムについては未解明である。最終年度である令和6年度は、CKD-SHPTラットの皮質骨多孔化部位において、破骨細胞や血管が皮質骨内部へ侵入するメカニズムについて、RNA-seq解析による網羅的遺伝子発現解析やreal-time PCRによる遺伝子発現解析、各種免疫組織化学等の手法を用いて明らかにしてゆきたい。なお、研究代表者らは、皮質骨多孔化部位の骨細胞が破骨細胞誘導因子(RANKL等)や血管新生誘導因子(VEGF, PDGFbb等)を発現し、破骨細胞や血管を誘導する可能性を推測しており、これらの因子を中心に解析を進めてゆく予定である。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2024 2023 2022 Other

All Journal Article (10 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Peer Reviewed: 10 results,  Open Access: 10 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 2 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Eldecalcitol Induces Minimodeling-Based Bone Formation and Inhibits Sclerostin Synthesis Preferentially in the Epiphyses Rather than the Metaphyses of the Long Bones in Rats2024

    • Author(s)
      Hasegawa Tomoka、Yamamoto Tomomaya、Hongo Hiromi、Yamamoto Tsuneyuki、Haraguchi-Kitakamae Mai、Ishizu Hotaka、Shimizu Tomohiro、Saito Hitoshi、Sakai Sadaoki、Yogo Kenji、Matsumoto Yoshihiro、Amizuka Norio
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 25 Issue: 8 Pages: 4257-4257

    • DOI

      10.3390/ijms25084257

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Histochemical assessment on osteoclasts in long bones of toll-like receptor 2 (TLR2) deficient mice2023

    • Author(s)
      Muneyama Takafumi、Hasegawa Tomoka、Yimin、Yamamoto Tomomaya、Hongo Hiromi、Haraguchi-Kitakamae Mai、Abe Miki、Maruoka Haruhi、Ishizu Hotaka、Shimizu Tomohiro、Sasano Yasuyuki、Li Minqi、Amizuka Norio
    • Journal Title

      Journal of Oral Biosciences

      Volume: 65 Issue: 2 Pages: 163-174

    • DOI

      10.1016/j.job.2023.04.002

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      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Histochemical assessment of osteoclast-like giant cells in Rankl-/- mice2023

    • Author(s)
      Miyamoto Yukina、Hasegawa Tomoka、Hongo Hiromi、Yamamoto Tomomaya、Haraguchi-Kitakamae Mai、Abe Miki、Maruoka Haruhi、Ishizu Hotaka、Shimizu Tomohiro、Sasano Yasuyuki、Udagawa Nobuyuki、Li Minqi、Amizuka Norio
    • Journal Title

      Journal of Oral Biosciences

      Volume: 65 Issue: 2 Pages: 175-185

    • DOI

      10.1016/j.job.2023.04.003

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Immunolocalization of Enzymes/Membrane Transporters Related to Bone Mineralization in the Metaphyses of the Long Bones of Parathyroid-Hormone-Administered Mice2023

    • Author(s)
      Mae Takahito、Hasegawa Tomoka、Hongo Hiromi、Yamamoto Tomomaya、Zhao Shen、Li Minqi、Yamazaki Yutaka、Amizuka Norio
    • Journal Title

      Medicina

      Volume: 59 Issue: 6 Pages: 1179-1179

    • DOI

      10.3390/medicina59061179

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Differential osteoblastic activity in primary metaphyseal trabecular and secondary trabeculae of c-fos deficient mice2023

    • Author(s)
      Yamamoto Tomomaya、Abe Miki、Hongo Hiromi、Maruoka Haruhi、Yoshino Hirona、Haraguchi-Kitakamae Mai、Udagawa Nobuyuki、Li Minqi、Amizuka Norio、Hasegawa Tomoka
    • Journal Title

      Journal of Oral Biosciences

      Volume: 65 Issue: 4 Pages: 265-272

    • DOI

      10.1016/j.job.2023.08.002

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      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Early gene expression profiles of anabolic and catabolic molecules in murine bone after a single PTH injection2023

    • Author(s)
      Yamamoto Tomomaya、Maruoka Haruhi、Hongo Hiromi、Yoshino Hirona、Haraguchi-Kitakamae Mai、Liu Xuanyu、Yao Qi、Li Minqi、Amizuka Norio、Hasegawa Tomoka
    • Journal Title

      Journal of Oral Biosciences

      Volume: 65 Issue: 4 Pages: 395-400

    • DOI

      10.1016/j.job.2023.08.003

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Evocalcet Rescues Secondary Hyperparathyroidism-driven Cortical Porosity in CKD Male Rats2023

    • Author(s)
      Hasegawa Tomoka、Tokunaga Shin、Yamamoto Tomomaya、Sakai Mariko、Hongo Hiromi、Kawata Takehisa、Amizuka Norio
    • Journal Title

      Endocrinology

      Volume: 164 Issue: 4 Pages: 1-17

    • DOI

      10.1210/endocr/bqad022

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Histological assessment of endochondral ossification and bone mineralization.2023

    • Author(s)
      Hasegawa Tomoka、Hongo Hiromi、Yamamoto Tomomaya、Muneyama Takafumi、Miyamoto Yukina、Amizuka Norio
    • Journal Title

      Endocrines

      Volume: 4 Issue: 1 Pages: 66-81

    • DOI

      10.3390/endocrines4010006

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Histological functions of parathyroid hormone on bone formation and bone blood vessels2022

    • Author(s)
      Maruoka Haruhi、Yamamoto Tomomaya、Zhao Shen、Hongo Hiromi、Abe Miki、Ishizu Hotaka、Yoshino Hirona、Luiz de Freitas Paulo Henrique、Li Minqi、Hasegawa Tomoka
    • Journal Title

      Journal of Oral Biosciences

      Volume: 64 Issue: 3 Pages: 279-286

    • DOI

      10.1016/j.job.2022.08.002

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      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Matrix Vesicle-Mediated Mineralization and Osteocytic Regulation of Bone Mineralization2022

    • Author(s)
      Hasegawa Tomoka、Hongo Hiromi、Yamamoto Tomomaya、Abe Miki、Yoshino Hirona、Haraguchi-Kitakamae Mai、Ishizu Hotaka、Shimizu Tomohiro、Iwasaki Norimasa、Amizuka Norio
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Issue: 17 Pages: 9941-9941

    • DOI

      10.3390/ijms23179941

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 骨の細胞群に対するPTH作用~動物モデルを用いた形態学的知見を中心に~.2023

    • Author(s)
      長谷川智香
    • Organizer
      第43回日本骨形態計測学会
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      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 骨細胞ネットワークによる骨質維持2023

    • Author(s)
      長谷川智香、網塚憲生
    • Organizer
      第41回日本骨代謝学会学術集会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] TH投与後におけるGli1発現未分化間葉系細胞の骨組織内の細胞分化・分布について2023

    • Author(s)
      長谷川智香、丸岡春日、山本知真也、石津帆高、溝口利英、細矢明宏、網塚憲生
    • Organizer
      第41回日本骨代謝学会学術集会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] エボカルセトは骨細胞異常で誘導される皮質骨多孔化を抑制する: 二次性副甲状腺機能亢進症の皮質骨多孔化はPTH-Piループで誘導される骨細胞性骨溶解と骨小腔石灰化抑制により発症する - エボカルセトによる皮質骨多孔化抑制の検討.2022

    • Author(s)
      長谷川智香、徳永 紳、山本知真也、本郷裕美、酒井まり子、網塚憲生
    • Organizer
      第40回日本骨代謝学会
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      2022 Research-status Report
  • [Presentation] エボカルセトは骨細胞異常で誘導される皮質骨多孔化を抑制する: 二次性副甲状腺機能亢進症を伴う慢性腎臓病モデルラットを用いた動物実験.2022

    • Author(s)
      長谷川智香、徳永 紳、山本知真也、本郷裕美、酒井まり子、川田剛央、網塚憲生
    • Organizer
      第24回日本骨粗鬆症学会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Remarks] 二次性副甲状腺機能亢進症治療薬が骨の構造と強度を改善~慢性腎不全動物モデルを用いた検証で明らかに~.

    • URL

      https://www.hokudai.ac.jp/news/2023/03/post-1198.html

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      2022 Research-status Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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