Odontoblast fate control based on pericyte and mechanical stress-related factors
| Project/Area Number |
22K17025
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 57020:Oral pathobiological science-related
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| Research Institution | Tokyo Dental College |
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Principal Investigator |
黄地 健仁 東京歯科大学, 歯学部, 助教 (30803564)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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)
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| Keywords | 象牙芽細胞 / ペリサイト / ERストレス / Pericyte / 小胞体ストレス / 機械感受性イオンチャネル / Piezo1 / NG2 |
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| Outline of Research at the Start |
象牙芽細胞は象牙質形成を駆動するとともに、外部刺激を受容する感覚受容細胞の特徴を持つ。象牙芽細胞増殖の詳細な系譜を解明する事ができれば、歯の保存に向けた象牙質再生治療や歯痛に関するメカニズムの解明への大きな手がかりとなる。本研究では、1. 歯髄血管周囲に存在する周皮細胞（Pericyte）の象牙芽細胞への分化および、2. 象牙質形成機能・感覚受容機能に関して、メカニカルストレス関連分子マーカーPiezo1とYapに着目したシグナル制御機構を明らかにし、新規治療法の開発に向けた基礎研究を実施する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
歯の延命は口腔機能の改善と維持に直結する。病的な歯質破壊が開始・加速する前に歯髄細胞の自律制御による健康象牙質の再生メカニズムを明らかにできれば、予防的な観点から歯の長期保存と口腔機能の維持、また健康寿命延伸につながる可能性がある。
象牙芽細胞は、機械的感受性と石灰化駆動を示す最終分化細胞と考えられている。象牙芽細胞には、Piezoチャネルなどの機械感受性陽イオンチャネルが存在し、Ca2+シグナル伝達によって象牙芽細胞の生理機能に関与している。機械感受性陽イオンチャネルからのCa2+流入とCa2+ストアからのCa2+放出を介したCa2+シグナルは、さまざまな生物現象のセカンドメッセンジャーシステムの1つとして機能する。生物学的恒常性を維持するために不可欠なオルガネラの1つである小胞体（ER）は、細胞内Ca2+を放出および動員するための細胞内Ca2+ストアとして機能する。ER内のCa2+濃度の変化は、ERストレスを引き起こす要因の1つであり、これまでに象牙芽細胞のERストレスセンサータンパク質の発現が報告されている。マウス切歯の象牙芽細胞および歯髄の血管網の周囲にはPericyteが存在する。Pericyteは歯髄内の局在から象牙芽細胞と相互作用する可能性があるが、その生理学的および病理学的な詳細な機能プロファイル、発生学的な点は不明なままである。本研究の目的は、ERストレスの観点から、象牙芽細胞の発生過程や病態モデルにおける象牙芽細胞およびPericyteの特徴を解明することである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
遺伝子制御下によるジフテリア毒素誘導性の象牙芽細胞枯渇モデル遺伝子改変マウスとPericyteの細胞系譜を可視化した遺伝子改変マウスを用いた。また、象牙芽細胞系セルライン（OLCs）を用い、Pericyteマーカーと象牙芽細胞関連の分子マーカーによるタンパク発現解析および石灰化能解析を実施した。
遺伝的象牙芽細胞枯渇モデルでは、細胞稠密層でPericyteマーカーのNG2陽性細胞が増殖し、象牙芽細胞マーカーであるnestinとDSPP、および機械感受性陽イオンチャネルPiezo1を発現した。これらの結果は、Piezo1陽性象牙芽細胞の一部がPericyteに由来する可能性を示している。対照群ではERストレスセンサータンパク質のATF6が象牙芽細胞で発現した。象牙芽細胞の遺伝的枯渇後、細胞稠密層のNG2陽性細胞はATF6を発現した。枯渇の約2週間後、ATF6陽性細胞は象牙芽細胞層への遊走を認めた。NG2陽性細胞では陰性細胞に比べてATF6の核内局在を有意に認めた。OLCsでNG2とATF6をshRNAで遺伝子抑制した実験群は、shControl群と比較して有意に石灰化が抑制された。
象牙芽細胞は機械感受性陽イオンチャネルPiezo1を発現しており、一部はNG2陽性Pericyteから分化移行している可能性が示唆された。ERストレスセンサータンパク質のATF6がNG2陽性Pericyteから象牙芽細胞への分化と石灰化駆動を調節し、象牙芽細胞の特性を補う可能性があることが示唆された。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在、原著論文投稿前段階である。追加実験として、必要に応じて生体ATF6抑制下でのPericyteの挙動を評価していく予定である。また、NG2陽性Pericyte由来象牙芽細胞の機械感受性に関して調査を進めていく予定である。
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Report
(2 results)
Research Products
(75 results)
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[Journal Article] Piezo1-pannexin-1-P2X3 axis in odontoblasts and neurons mediates sensory transduction in dentinal sensitivity2022
Author(s)
Ohyama S, Ouchi T, Kimura M, Kurashima R, Yasumatsu K, Nishida D, Hitomi S, Ubaidus S, Kuroda H, Ito S, Takano M, Ono K, Mizoguchi T, Katakura A, Shibukawa Y
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Journal Title
Frontiers in Physiology
Volume: 13
Pages: 891759-891759
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Mesenchymal Stem/Stromal Cell Senescence: Hallmarks, Mechanisms, and Combating Strategies2022
Author(s)
Zhijie Weng, Yigan Wang, Takehito Ouchi, Hanghang Liu, Xianghe Qiao, Chenzhou Wu, Zhihe Zhao, Longjiang Li, Bo Li
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Journal Title
Stem Cells Translational Medicine
Volume: 11(4)
Issue: 4
Pages: 356-371
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] 末梢神経再生治療の最前線-基礎から臨床へ- 当科におけるiPS細胞を用いた末梢神経再生の研究と課題2023
Author(s)
木村 洋朗, 西島 貴之, 雨宮 剛, 黄地 健仁, 芝田 晋介, 川田 治良, 佐藤 和毅, 名越 慈人, 岩本 卓士, 岡野 栄之, 中村 雅也
Organizer
第96回日本整形外科学会学術総会2023年5月11日～14日、横浜市
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