変形性膝関節症における分子シャペロンの機能解析および治療への応用

• Project/Area Number: 22K16744
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 久永 哲 熊本大学, 大学院生命科学研究部(医), 特任助教 (30827308)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: 変形性膝関節症 / 小胞体ストレス / 軟骨細胞

Outline of Research at the Start

本研究では、変形性膝関節症患者より採取した関節軟骨において、タンパクの折り畳みに重要な役割を果たす分子シャペロン群の遺伝子発現の解析を行う。また軟骨細胞およびラット変形性膝関節症モデルに対して、軟骨基質の折り畳みを補助する化学シャペロンを投与することで、軟骨基質の分泌が改善し軟骨変性が抑制できるかを検討する。

Outline of Annual Research Achievements

初年度に行った研究ではOA軟骨では、Grp78, Grp94, Hsp47, Crt, Cnxといった分子シャペロン関連の遺伝子の増加を認めた。人工膝関節置換術をした患者のOA領域と正常領域（非加重面）より軟骨を採取し細胞を単離し行ったsingle cell RNA-seqでは正常軟骨からOA軟骨に進展していく過程で、小胞体ストレス応答関連遺伝子が上昇している細胞群が認められた。本年度ではsingle cell RNA-seqさらに詳細な解析を進め、まず細胞群の同定を行い、細胞群に含まれる線維芽細胞や血液細胞を除外し、軟骨細胞のclusterを抽出し、軟骨細胞をさらに細分化した。
前肥大軟骨細胞が大半を占める中、HomC（homeostatic chondrocyte) や、肥大軟骨細胞（HTC）の割合の多いClusterに着目しGEO解析および、細胞系譜解析を用いて解析した。
正常軟骨に近いClusterでは、細胞の恒常性維持関与しているHomCを認め、HomC領域でUPR関連遺伝子が上昇していた。
さらに細胞系譜解析を行うと、正常軟骨からOA軟骨に進展していく過程において、UPR関連遺伝子が上昇している細胞群を認め、同細胞群では、Col2A1の発現が低下していた。つまり正常軟骨からOA軟骨に移行する過程で、タンパク折りたたみ機能が低下し、細胞外基質産生能の低下を引き起こしており、OA進行の一因であることが示唆された。