Functional analysis of osteocytic membrane vesicles in osteoclast activation under daily activities

• Project/Area Number: 23K21464
• Project/Area Number (Other): 21H03050 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 苅谷 嘉顕 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 講師 (20633168)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池淵 祐樹 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (20645725) ; 本間 雅 東京大学, 医学部附属病院, 講師 (60401072)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2024: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2023: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2021: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: 小胞 / 骨芽細胞 / 破骨細胞 / 骨代謝 / 骨細胞 / 骨リモデリング / RANKL / 生活動作 / 膜小胞

Outline of Research at the Start

骨細胞に発現するRANKLは、破骨細胞活性化を担う主要分子であり、骨リモデリングにおける骨吸収の起点となる因子である。しかし、破骨前駆細胞に発現する受容体RANKに対するRANKLの提示様式は不明な点が多い。そこで、この点を解析することが本研究の主眼となっている。特に、骨折状態等の著しい骨破損が生じるシチュエーションではなく、通常の生活動作において生じている現象に注目している。このメカニズムの解明は、骨の生理的挙動の理解深化に寄与することが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

2022年度のin vitro解析を中心とした各種検討によって、骨細胞モデル細胞株であるMLO-Y4細胞においてRANKLの発現量が生体内において基底状態にて起こり得る特定の刺激に応答して変動すること、この変動は特定の培養条件にしたときに顕著に認められることを見い出した。同様の傾向は、骨細胞と同様の系列の細胞であり、骨細胞の前分化段階である骨芽細胞においても確認された。これらの検討から、現在注目している刺激惹起物質が、多様な骨芽細胞系細胞のRANKL発現量を上昇させる重要な物質であり、生理的な破骨細胞活性化にも寄与している可能性が十分に考えられる状況となった。一方で、これらの検討において着目している刺激は、その刺激を起こす物質としての安定性を考慮すると、極めて短期間でその効果が消失すると予想されにも関わらず、RANKL発現量の変動は、刺激惹起物質の安定性を明らかに上回る時間が経過した後に出現することも見出した。そのため、現在注目していた上記の刺激惹起因子の生体レベルにおける骨代謝への影響を直接評価することと同等、あるいはそれ以上に、この刺激惹起因子が骨細胞あるいは骨芽細胞にもたらす影響の詳細な機構解明が、生活動作下での骨代謝制御機能の理解に必要であると考えられた。これまで報告されている文献情報では、このタイムラグを十分説明し得る情報が得られなかったため、ますは上記のRANKL発現変動に関するタイムラグが発生するメカニズムの解明を優先し、関連する解析をin vitro解析を中心に進めている。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初は、注目している因子のin vivoレベルでの影響解析へと発展させる研究展開を想定していたが、in vitroに関して想定とは異なる重要な知見の発見に至り、その知見の背後の機構解明に注力している。本研究課題で主目的としてる、「生活動作下での破骨細胞活性化機構」の理解の上で、極めて重要な情報を見出した点を踏まえると、想定とは異なるものの、研究全体としては、順調に進展していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

2022年度の研究において見出した、刺激惹起物質とRANKL発現量制御のタイムラグは、そのラグを生じさせる何らかの介在機構の存在を強く示唆している。そこで、生活動作下での骨代謝回転の維持機構の全体像の解明を目的に、上記記載のタイムラグを発生しうる分子機構に関するin vitro解析に注力することとする。具体的には、現在注目している刺激惹起物質を、初代培養骨細胞や初代培養骨芽細胞に対して添加したのちの、細胞内シグナルの活性化状態をオミクス手法などを活用し、精査する予定である。