三次元的骨細胞ネットワークと機械的刺激の関連性について

• Project/Area Number: 24593090
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Orthodontic/Pediatric dentistry
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 菅原 康代 岡山大学, 大学病院, 講師 (70379775)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 村上 隆 岡山大学, 大学病院, 助教 (00534786) ; 石原 嘉人 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (70549881) ; 住吉 久美 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (80625161) ; 柳田 剛志 岡山大学, 大学病院, 助教 (90534793)
• Project Period (FY): 2013-02-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2014: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000); Fiscal Year 2013: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2012: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 骨細胞 / 骨芽細胞 / メカニカルストレス

Outline of Annual Research Achievements

骨細胞は骨中で突起によるネットワークを築いている。骨細胞はメカニカルストレスを感知し、骨代謝を制御すると考えられており、重要な細胞である。しかしながら、これまで骨細胞は周囲を硬い骨基質中で覆われているため、その３次元構造を観察することさえ困難であり、骨組織中の骨細胞の突起によるネットワークが本当にメカニカルストレスを感知し、機能が変化するかどうかは解明されておらず不明である。本研究では、骨細胞ネットワークがそのネットワークの形態や機能がメカニカルストレスなどの外的環境変化に対してどのように変化するかを解明することを目的としている。骨組織中の骨細胞、骨芽細胞のアクチン線維を蛍光色素と共焦点レーザー顕微鏡を用いて実験した。その結果、メカニカルストレスが通常通り負荷されたマウスは皮質骨において細胞体および突起の方向も規則正しく配列していたのに対し、メカニカルストレスを軽減させたマウスの骨細胞は細胞体の向きおよび、突起の向きの双方とも不規則な走行になった。また、それぞれの核の形や走行も変化した。また、細胞形態計測値も有為に減少した。また、胎生期の骨細胞ネットワークと出生後メカニカルストレスを負荷したマウスと軽減したマウスにおいての骨細胞ネットワークについても調べた。その結果、出生後どちらのマウスの骨細胞もその形態計測値は増加したが、メカニカルストレスを負荷した方がより大きくなった。また、生きた骨芽細胞と骨細胞の双方にメカニカルストレスをかけ、そのカルシウム動態反応を観察した。その結果、メカニカルストレスをかけた方がより反応は増加した。また、その反応には細胞間コミュニケーションであるギャップジャンクションが密接に関連していることが分かった。このように、骨細胞および骨芽細胞の細胞ネットワークにはメカニカルストレスが重要な役割を果たしており、その機能にも影響を与えていることが分かった。

Research Products

• [Journal Article] Oscillatory intracellular Ca2+ responses in living bone (2014)
  • Author(s): Yoshihito Ishihara, Yasuyo Sugawara
  • Journal Title: Journal of Oral Biosciences Volume: 145(4) Pages: 100-113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The early mouse 3D osteocyte network in the presence and absence of mechanical loading (2013)
  • Author(s): Sugawara Y, Kamioka H, Ishihara Y, Fujisawa N, Kawanabe N, Yamashiro T
  • Journal Title: Bone Volume: 52 Pages: 189-96
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ex vivo real-time observation of Ca(2+) signaling in living bone in response to shear stress applied on the bone surface (2013)
  • Author(s): Ishihara Y, Sugawara Y, Kamioka H, Kawanabe N, Hayano S, Balam TA, Naruse K, Yamashiro T
  • Journal Title: Bone Volume: 53 Pages: 204-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of CCN1 via the 3’-untranslated region. (2013)
  • Author(s): Nakagawa, Y., Minato, M., Sumiyoshi, K., Maeda, A., Hara, C., Murase, Y., Nishida, T., Kubota, S. and Takigawa, M.:
  • Journal Title: J. Cell Commun. Signal., 7, 207-217, 2013. Volume: 7 Issue: 3 Pages: 207-217
  • DOI: 10.1007/s12079-013-0202-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel role of miR-181a in cartilage metabolism. (2013)
  • Author(s): Sumiyoshi K, Kubota S, Ohgawara T, Kawata K, Abd El Kader T, Nishida T, Ikeda N, Shimo T, Yamashiro T, Takigawa M
  • Journal Title: J Cell Biochem Volume: in press Issue: 9 Pages: 2094-100
  • DOI: 10.1002/jcb.24556
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Gap junction-mediated communication in human periodontal ligament cells (2013)
  • Author(s): Kato R, Ishihara Y, Kawanabe N, Sumiyoshi K, Yoshikawa Y, Nakamura M, Imai Y, Yanagita T, Fukushima H, Kamioka H, Takano-Yamamoto T and Yamashiro T
  • Journal Title: JDR Volume: 92(7) Issue: 7 Pages: 635-40
  • DOI: 10.1177/0022034513489992
  • Peer Reviewed
• [Presentation] The early mouse 3D osteocyte network in the presence and absence of mechanical loading (2014)
  • Author(s): 菅原康代
  • Organizer: 第73回岡山歯学会
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2014-10-26
• [Presentation] ロンベルグ症候群患者の歯根膜細胞における表面抗原分子の発現の網羅的解析 (2014)
  • Author(s): 川邉紀章,菅原康代
  • Organizer: 第73回日本矯正歯科学会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2014-10-20 – 2014-10-22
• [Presentation] ロンベルグ症候群患者における歯の組織学的検討 (2014)
  • Author(s): 川邉紀章,菅原康代
  • Organizer: 第32回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-07-24 – 2014-07-26
• [Presentation] Ex-vivo imaging of the autonomous intracellular Ca2+ responses of osteoblasts and osteocytes in bone (2014)
  • Author(s): Yoshihito Ishihara, Yasuyo Sugawara
  • Organizer: 90th congress of the European Orthodontic Society
  • Place of Presentation: Warsaw, Poland
  • Year and Date: 2014-06-18 – 2014-06-21
• [Presentation] Mechanical stress-induced Ca2+ signaling in live intact bone (2014)
  • Author(s): Yoshihito Ishihara, Yasuyo Sugawara
  • Organizer: International Symposium on Mechanobiology 2014
  • Place of Presentation: Okayama, Japan
  • Year and Date: 2014-05-20 – 2014-05-24
• [Presentation] Ex-vivo imaging of fluid flow-induced intracellular Ca2+ oscillations of osteoblasts and osteocytes in bone (2013)
  • Author(s): Ishihara Y, Sugawara Y, Kamioka H, Kawanabe N, Naruse K, Yamashiro T
  • Organizer: 89th Congress of the European orthodontic society
  • Place of Presentation: Reykjavik, Iceland
• [Presentation] The early mouse 3D osteocyte network in the presence and absence of mechanical loading (2013)
  • Author(s): Sugawara Y, Kamioka H, Ishihara Y, Fujisawa N, Kawanabe N, Yamashiro T
  • Organizer: 2nd Joint Meeting of the International Bone and Mineral Society and the Japanese Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
• [Presentation] Ex vivo real-time observation of Ca2+ signaling in living bone in response to shear stress applied on the bone surface (2013)
  • Author(s): Ishihara Y, Sugawara Y, Kamioka H, Kawanabe N, Satoru Hayano, TA Balam, Naruse K, Yamashiro T
  • Organizer: 2nd Joint Meeting of the International Bone and Mineral Society and the Japanese Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Kobe, Japan
• [Presentation] 生きた骨組織中で起こる細胞応答のイメージング (2013)
  • Author(s): 石原 嘉人, 菅原 康代、上岡寛、成瀬恵治、山城隆
  • Organizer: 第33回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 浜松