エストロゲンを基軸にしたサルコペニア・骨粗鬆症併発における筋骨連関メカニズム解明

• Project/Area Number: 23K24462
• Project/Area Number (Other): 22H03203 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: Ehime University
• Principal Investigator: 今井 祐記 愛媛大学, プロテオサイエンスセンター, 教授 (10423873)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000); Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000); Fiscal Year 2024: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: エストロゲン / 筋骨連関 / FAPs / エストロゲン受容体 / 骨格筋 / 間葉系前駆細胞 / 骨代謝 / PDGFRα / 骨粗鬆症 / サルコペニア

Outline of Research at the Start

高齢者の健康長寿獲得には、自立した運動器機能が必須であり、それゆえ脆弱性骨折の原因である骨粗鬆症や虚弱をもたらす骨格筋萎縮（サルコペニア）の予防・治療が注目されている。骨格筋量と骨量には正の相関があることから、筋骨連関が相互の恒常性維持に重要といえる。このことから、本研究では、エストロゲンシグナルを基軸とした筋骨組織維持の分子メカニズムを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

骨粗鬆症とサルコペニアは加齢とともに増加し、高齢サルコペニア患者の約60%に骨粗鬆症が併発する。近年、筋骨連関の作用が注目されているが、骨粗鬆症とサルコペニアの併発がどのように関連するかの詳細なメカニズムは未だ不明である。そこで筋骨連関メカニズム解明のため、ヒト骨格筋を用いてsingle cell RNA-seqを実施し、Linkage Disequilibrium Score Regression Analysisを実施した。その結果、骨格筋の間質に存在する間葉系前駆細胞であるPDGFRalpha陽性 (Pa＋) 細胞の遺伝子発現プロファイルが、筋力のみならず骨密度と有意な相関を示した。さらに、その発現制御にエストロゲン受容体a (ERa) の関与が示唆された。これらより、Pα＋細胞におけるエストロゲンシグナル欠乏が骨粗鬆症とサルコペニアの併発を誘因するという仮説を立て、Pa＋細胞特異的ERa欠損雌マウスの骨および骨格筋の表現型解析を行った。Pa-CreER マウスとERa floxマウスとの交配によりPa＋細胞特異的ERa欠損マウス (Pa-CreER;ERaf/f; cKO) を作出し、11-12週齢時にタモキシフェンを投与し、23週齢にて解析した。体重、子宮重量、脂肪重量、骨格筋重量および握力は群間で差を認めなかったが、大腿骨遠位部骨密度は、対照群と比較してcKOで有意な低下を認めた。マイクロCTによる骨構造解析では、海綿骨のパラメータには差を認めなかったが、大腿骨遠位成長軟骨板直下の皮質骨幅がcKOで有意に低下していた。骨形態計測では、cKOの皮質骨における骨形成率や破骨細胞数の有意な増加による高回転型骨代謝を認めた

Current Status of Research Progress

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

Reason

Pa＋細胞特異的ERa欠損マウスが、体重、子宮重量、脂肪重量、骨格筋重量および握力は群間で差を認めなかったが、大腿骨遠位部骨密度は、対照群と比較してcKOで有意な低下を認めた。また、マイクロCTによる骨構造解析では、海綿骨のパラメータには差を認めなかったが、大腿骨遠位成長軟骨板直下の皮質骨幅がcKOで有意に低下していた。

Strategy for Future Research Activity

今回の骨密度低下メカニズムを明らかにするため、骨格筋および骨組織からPα+細胞を単離し、RNA-seqによるエストロゲンシグナル解析を実施し、標的遺伝子による骨代謝調節メカニズムを明らかにする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Bar-Ilan University(イスラエル)
• [Int'l Joint Research] Bar-Iran University(イスラエル)
• [Journal Article] Cell-specific functions of androgen receptor in skeletal muscles (2024)
  • Author(s): Sakai Hiroshi、Imai Yuuki
  • Journal Title: Endocrine Journal Volume: 71 Issue: 5 Pages: 437-445
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ23-0691
  • ISSN: 0918-8959, 1348-4540
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The H3K9 demethylase plant homeodomain finger protein 2 regulates interleukin 4 production in CD4+ T cells (2024)
  • Author(s): Arakawa Yuya、Tano Yuzuki、Fujii Moe、Imai Yuuki、Norimatsu Yoshiaki、Yasukawa Masaki、Watanabe Mikio、Yamada Takeshi
  • Journal Title: Cytokine Volume: 175 Pages: 156506-156506
  • DOI: 10.1016/j.cyto.2024.156506
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Centrosome clustering control in osteoclasts through CCR5-mediated signaling (2023)
  • Author(s): Lee Ji-Won、Lee In-Hee、Watanabe Haruhisa、Liu Yunqing、Sawada Kazuaki、Maekawa Masashi、Uehara Shunsuke、Kobayashi Yasuhiro、Imai Yuuki、Kong Sek Won、Iimura Tadahiro
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 20813-20813
  • DOI: 10.1038/s41598-023-48140-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Establishment of a uniform histological evaluation method for early stage osteophytes in the destabilization of the medial meniscus mouse model (2023)
  • Author(s): Jono Akihiro、Yanagihara Yuta、Kinoshita Tomofumi、Takao Masaki、Imai Yuuki
  • Journal Title: Osteoarthritis and Cartilage Open Volume: 5 Issue: 4 Pages: 100409-100409
  • DOI: 10.1016/j.ocarto.2023.100409
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lenalidomide derivatives and proteolysis-targeting chimeras for controlling neosubstrate degradation (2023)
  • Author(s): Yamanaka Satoshi、Furihata Hirotake、Yanagihara Yuta、Taya Akihito、Nagasaka Takato、Usui Mai、Nagaoka Koya、Shoya Yuki、Nishino Kohei、Yoshida Shuhei、Kosako Hidetaka、Tanokura Masaru、Miyakawa Takuya、Imai Yuuki、Shibata Norio、Sawasaki Tatsuya
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 4683-4683
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40385-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crosstalk between synovial macrophages and fibroblasts in rheumatoid arthritis. (2023)
  • Author(s): Noritaka Saeki、Yuuki Imai
  • Journal Title: Histol Histopathol. Volume: 38 Pages: 1231-1238
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation and Culture of Primary Synovial Macrophages and Fibroblasts from Murine Arthritis Tissue (2023)
  • Author(s): Saeki Noritaka、Imai Yuuki
  • Journal Title: Journal of Visualized Experiments Volume: - Issue: 192
  • DOI: 10.3791/65196
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of hormonal therapy on the otoconial changes caused by estrogen deficiency (2022)
  • Author(s): Nakata Takahiro、Okada Masahiro、Nishihara Eriko、Ikedo Aoi、Asoh Sawa、Takagi Taro、Tokunaga Naohito、Hato Naohito、Imai Yuuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 22596-22596
  • DOI: 10.1038/s41598-022-27240-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Epigenetic regulator UHRF1 orchestrates proinflammatory gene expression in rheumatoid arthritis in a suppressive manner (2022)
  • Author(s): Saeki Noritaka、Inoue Kazuki、Ideta-Otsuka Maky、Watamori Kunihiko、Mizuki Shinichi、Takenaka Katsuto、Igarashi Katsuhide、Miura Hiromasa、Takeda Shu、Imai Yuuki
  • Journal Title: Journal of Clinical Investigation Volume: 132 Issue: 11
  • DOI: 10.1172/jci150533
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Histone H3K27 demethylase, Utx, regulates osteoblast-to-osteocyte differentiation (2022)
  • Author(s): Xia Yuhan、Ikedo Aoi、Lee Ji-Won、Iimura Tadahiro、Inoue Kazuki、Imai Yuuki
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 590 Pages: 132-138
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.12.102
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Uhrf1 governs the proliferation and differentiation of muscle satellite cells. (2022)
  • Author(s): Sakai H, Sawada Y, Tokunaga N, Tanaka K, Nakagawa S, Sakakibara I, Ono Y, Fukada SI, Ohkawa Y, Kikugawa T, Saika T, Imai Y.
  • Journal Title: iScience. Volume: 25 Issue: 3 Pages: 103928-103928
  • DOI: 10.1016/j.isci.2022.103928
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Estrogen for osteoporosis and androgen for sarcopenia (2023)
  • Author(s): Yuuki Imai
  • Organizer: 26th Korean Androgen Research Society Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Maintenance DNA methylation in skeletal muscle regeneration (2023)
  • Author(s): Yuuki Imai
  • Organizer: The American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Estrogen for bone & androgen for muscle (2023)
  • Author(s): Yuuki Imai
  • Organizer: The 5th International Congress of Osteoporosis (ICO 2023 Seoul)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] DNA methylation determines bone length through growth plate mineralization by regulating chondrocyte energy metabolism (2023)
  • Author(s): Yuta Yanagihara, Masatomo Takahashi, Yoshihiro Izumi, Takeshi Bamba, Yuuki Imai
  • Organizer: The American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ERα signaling in resident synovial macrophages promotes inflammatory arthritis via the activation of cellular metabolism. (2023)
  • Author(s): Noritaka Saeki, Yuuki Imai
  • Organizer: The American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 骨格筋制御におけるアンドロゲンの役割 (2023)
  • Author(s): 今井祐記
  • Organizer: 第96回日本内分泌学会学術総会
  • Invited
• [Presentation] ゲノムワイド統合解析を応用した骨基礎研究 (2023)
  • Author(s): 今井祐記
  • Organizer: 第43回日本骨形態計測学会
  • Invited
• [Presentation] DNA 維持メチル化による骨格筋再生制御 (2023)
  • Author(s): 今井祐記
  • Organizer: 第41回日本骨代謝学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Identification of novel therapeutic targets for musculoskeletal diseases using integrative genome-wide analyses (2022)
  • Author(s): Yuuki Imai
  • Organizer: Post-Genome analysis for musculoskeletal biology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Accessing publicly available multi-omics data through the IFMRS Musculoskeletal Knowledge Portal. (2022)
  • Author(s): Yuuki Imai
  • Organizer: 4th Herbert Fleisch Workshop
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Stabilization of UHRF1 in synovial fibroblasts is a novel therapeutic strategy for rheumatoid arthritis. (2022)
  • Author(s): Noritaka Saeki, Kazuki Inoue, Maky Ideta-Otsuka, Watamori Kunihiko, Shinichi Mizuki, Katsuto Takenaka, Katsuhide Igarashi, Hiromasa Miura, Yuuki Imai.
  • Organizer: 49th European Calcified Tissue Society Congress
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Aromatase in adipose tissue exerts osteoprotective function in male mice (2022)
  • Author(s): Aoi Ikedo, Michiko Yamashita, Maiko Hoshino, Seiji Fukumoto, Yuuki Imai
  • Organizer: 4th Herbert Fleisch Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dnmt1 maintains normal differentiation of growth plate chondrocytes (2022)
  • Author(s): Yuta Yanagihara, Yuuki Imai
  • Organizer: 4th Herbert Fleisch Workshop
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] エピジェネティクス研究を応用した運動器疾患の理解と治療標的探索 (2022)
  • Author(s): 今井 祐記
  • Organizer: 第40回日本骨代謝学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] アンドロゲンの多様な骨格筋制御メカニズム (2022)
  • Author(s): 今井 祐記
  • Organizer: 第8回日本筋学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] UHRF1による関節リウマチ疾患制御の分子メカニズム (2022)
  • Author(s): 佐伯 法学, 今井 祐記
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] UHRF1 suppressively orchestrates various pathogeneses in rheumatoid arthritis (2022)
  • Author(s): Yuuki Imai
  • Organizer: 20th IPR Retreat
  • Invited
• [Remarks] 愛媛大学プロテオサイエンスセンター病態生理解析部門
  • URL: https://www.m.ehime-u.ac.jp/school/imailab
• [Remarks] 愛媛大学プロテオサイエンスセンター
  • URL: https://www.pros.ehime-u.ac.jp
• [Remarks] 愛媛大学プロテオサイエンスセンター病態生理解析部門
  • URL: https://www.m.ehime-u.ac.jp/school/imailab/
• [Remarks] 愛媛大学プロテオサイエンスセンター
  • URL: https://www.pros.ehime-u.ac.jp/