関節軟骨維持・再生に関わる骨格幹細胞の同定

• Project/Area Number: 22K19586
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 56:Surgery related to the biological and sensory functions and related fields
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 安達 伸生 広島大学, 医系科学研究科(医), 教授 (30294383)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 味八木 茂 広島大学, 病院(医), 講師 (10392490) ; 寺村 岳士 近畿大学, 大学病院, 准教授 (40460901) ; 亀井 直輔 広島大学, 医系科学研究科(医), 准教授 (70444685) ; 中佐 智幸 広島大学, 病院(医), 講師 (60467769)
• Project Period (FY): 2022-06-30 – 2024-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2023: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 変形性関節症 / 関節軟骨 / 骨格幹細胞 / 細胞系譜解析 / 軟骨修復 / 軟骨再生 / 軟骨損傷

Outline of Research at the Start

関節軟骨の維持や再生に関与しているであろう内在性骨格幹細胞（SSC）について理解することが重要であると考えた。本研究は、関節軟骨の維持や軟骨再生に関与する SSC の存在を同定することを目的とする。そのために　①OA自然発症マウスSAMP8　②軟骨損傷モデルマウス　③各SSCマーカー依存的に蛍光タンパク質を発現するマウスを用いて、骨髄移植、細胞系譜解析、シングルセルRNAシークエンスなどを組み合わせることで関節軟骨の維持や再生・修復に関与する SSC の存在を同定し、内在性SSCを標的とした新たなOA・軟骨再生治療法の開発を目指すものである。

Outline of Annual Research Achievements

骨髄中などに存在するいわゆる骨格幹細胞（SSC）が骨折治癒や軟骨修復に関与することが示唆されてきたが、近年の解析技術の進歩から骨髄中などに存在するSSC細胞を追跡可能な細胞系譜解析やシングルセル解析が可能になり、より詳細な単一細胞情報が明らかになりつつある。まず、SSCを追跡するためにGrem1CreERT-tdTomatoマウスの成長期（3週齢）にタモキシフェンを投与することでGrem1陽性細胞を標識し、4週齢、17週齢（成体）および15カ月齢（老齢）における蛍光イメージによるGrem1陽性の局在変化を関節軟骨で確認した。また、Grem1陽性細胞は、成長板軟骨の一部と骨髄内、骨膜で陽性細胞が確認できた。また、OA誘導後の関節軟骨組織および軟骨損傷後の修復部への集積組織内におけるGrem1陽性細胞を評価した。成長期に標識および各加齢ポイントで標識することで老化によるGrem1陽性細胞の変化を明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

時間を要する加齢モデルにおいて最終ポイントである15ヶ月齢の解析は終了していないが、順調に進行している。新たに作製していた細胞系譜・機能解析用のマウスも使用可能な状態となりつつあり、おおむね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

Grem1陽性細胞が加齢における関節軟骨維持や軟骨修復に関与するのかの詳細を明らかする。そのために、Grem1-CreERT:Rosa-loxp-stop-lox-ジフテリア毒素受容体（DTR）tdTomatoマウスを作製した。このマウスは、時期誘導性にGrem1陽性細胞標識および除去できることから、Grem1陽性細胞の関節軟骨の維持や再生への関与をさらに明らかにすることを検討している。さらに、OAを自然発症するSAMP8をモデルへの標識骨髄移植による細胞系譜解析やシングルセル解析を組み合わせた手法による軟骨維持・修復に関与するSSCの探索を行う。