The role of oxidative stress in the maintenance of bone metabolism

• Project/Area Number: 24791568
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: SAITA Yoshitomo 順天堂大学, 医学部, 助教 (00534885)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): NOJIRI Hidetoshi 順天堂大学, 整形外科, 助教 (10317456)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SHIMIZU Takahiko 千葉大学, 大学院医学研究院先進加齢医学講座, 准教授 (40301791)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2014: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2012: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 酸化ストレス / 骨粗鬆症 / 骨細胞 / Mn-SOD / 骨芽細胞 / 破骨細胞 / 加齢 / 骨代謝

Outline of Final Research Achievements

Osteocytes play a crucial role in maintaining the quality of and healing damage to bone tissue. However, the pathological effects of mitochondrial redox imbalances on osteocytes and bone metabolism have not been fully elucidated. We generated mice lacking mitochondrial superoxide dismutase 2 (Sod2) in osteocytes. Sod2 depletion in the osteocytes positively enhanced the production of cellular superoxide in vivo. Sod2-deficient femurs showed remarkable bone loss in an age-dependent manner. Sod2 deficiency significantly suppressed bone formation and increased bone resorption concomitant with the upregulation of sclerostin and receptor activator of NF-κB ligand (RANKL). These findings demonstrate that the mitochondrial superoxide induced in osteocytes by Sod2 ablation causes age-related bone loss due to the impairment of canalicular networks and bone metabolism via the deregulation of the sclerostin and RANKL expression.

Research Products

• [Journal Article] Mitochondrial superoxide in osteocytes perturbs canalicular networks in the setting of age-related osteoporosis. (2015)
  • Author(s): Kobayashi K1, Nojiri H2, Saita Y2, Morikawa D1, Ozawa Y3, Watanabe K3, Koike M1, Asou Y4, Shirasawa T5, Yokote K6, Kaneko K2, Shimizu T3.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: Mar 16;5 Issue: 1 Pages: 9148-9148
  • DOI: 10.1038/srep09148
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cytoplasmic reactive oxygen species and SOD1 regulate bone mass during mechanical unloading. (2013)
  • Author(s): Morikawa D, Nojiri H, Saita Y, Kobayashi K, Watanabe K, Ozawa Y, Koike M, Asou Y, Takaku T, Kaneko K, Shimizu T.
  • Journal Title: J Bone Miner Res Volume: november 28(11) Issue: 11 Pages: 2368-80
  • DOI: 10.1002/jbmr.1981
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 骨細胞における抗酸化酵素Sod2の骨リモデリング制御機構 (2013)
  • Author(s): 小林 慶司, 野尻 英俊, 齋田 良知, 森川 大智, 小池 正人, 麻生 義則, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Journal Title: 日本整形外科学会雑誌 Volume: 87巻8号
• [Journal Article] 骨細胞特異的Sod2欠損マウスにおける骨リモデリング制御機構の解析 (2013)
  • Author(s): 小林 慶司, 野尻 英俊, 齋田 良知, 森川 大智, 小池 正人, 麻生 義則, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Journal Title: 日本骨代謝学会学術集会プログラム抄録集 Volume: 31 Pages: 77-77
• [Journal Article] スーパーオキサイドディスムターゼ1(SOD1)による骨代謝制御機構の解析 (2012)
  • Author(s): 野尻 英俊, 斎田 良知
  • Journal Title: 整形外科 Volume: 63巻11号 Pages: 1168-1168
• [Journal Article] CuZn-SOD 欠損は低骨代謝回転型骨量減少と加齢性コラーゲン架橋変化を引き起こし骨脆弱化する (2012)
  • Author(s): 清水 孝彦, 野尻 英俊
  • Journal Title: Biomedical Research on Trace Elements Volume: 23巻1号 Pages: 1-5
  • NAID: 10030755992
• [Presentation] Chondrocyte-specific Deletion of Sod2 Exacerbates Cartilage Degeneration Associated with Low Mitochondrial Membrane Potential in Mice (2014)
  • Author(s): Masato Koike, Nojiri Hidetoshi, Yoshitomo Saita et al.
  • Organizer: ASBMR 2014 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Houston, Texas, USA
  • Year and Date: 2014-09-13
• [Presentation] 骨細胞における酸化ストレスは骨リモデリングバランスの破綻をもたらす (2014)
  • Author(s): 小林 慶司, 野尻 英俊, 齋田 良知, 森川 大智, 小池 正人, 小澤 裕介, 麻生 義則, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Organizer: 日本整形外科学会
  • Place of Presentation: 神戸国際展示場
  • Year and Date: 2014-05-22 – 2014-05-25
• [Presentation] SOD2 deficiency in chondrocytes accelerates age-related osteoarthritis in mice (2014)
  • Author(s): M. Koike, H. Nojiri, Y. Ozawa, K. Watanabe, I. Masuda, Y. Muramatsu, H. Kaneko, D. Morikawa, K. Kobayashi, Y. Saita, T. Sasho, T. Shirasawa, K. Yokote, K. Kaneko, T. Shimizu
  • Organizer: Osteoarthritis and Cartilage 2014 World Congress
  • Place of Presentation: Paris, France
  • Year and Date: 2014-04-24 – 2014-04-27
• [Presentation] Osteocyte Specific Deletion of Superoxide Dismutase2 Induces Osteocyte Loss Resulting in Bone Loss Associated with Impairment of Bone Remodeling (2013)
  • Author(s): Keiji Kobayashi, Hidetoshi Nojiri, Yoshitomo Saita, Daichi Morikawa, Masato Koike, Yusuke Ozawa, Yoshinori Asou, Kazuo Kaneko, Takahiko Shimizu,
  • Organizer: 2013 ASBMR Annual Meeting Abstracts
  • Place of Presentation: Baltimore, USA
• [Presentation] 骨細胞における抗酸化酵素Sod2の骨リモデリング制御機構 (2013)
  • Author(s): 小林 慶司, 野尻 英俊, 齋田 良知, 森川 大智, 小池 正人, 麻生 義則, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Organizer: 日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 幕張メッセ
• [Presentation] 骨細胞特異的Sod2欠損マウスにおける骨リモデリング制御機構の解析 (2013)
  • Author(s): 小林 慶司, 野尻 英俊, 齋田 良知, 森川 大智, 小池 正人, 麻生 義則, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Organizer: 日本骨代謝学会
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] 細胞質活性酸素とSOD1は機械的刺激応答に伴う骨量変化を制御する (2013)
  • Author(s): 清水 孝彦, 森川 大智, 野尻 英俊, 斎田 良知, 渡辺 憲史, 麻生 義則, 金子 和夫
  • Organizer: 日本基礎老化学会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] スーパーオキサイドディスムターゼ1(SOD1)欠損は低代謝回転型骨量減少と加齢性コラーゲン架橋変化を引き起こし骨脆弱化する (2012)
  • Author(s): 野尻 英俊, 斎田 良知, 森川 大智, 小林 慶司, 宮崎 剛, 斎藤 充, 丸毛 啓史, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Organizer: 第30回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 新宿
• [Presentation] メカニカルストレス応答における酸化ストレスと抗酸化酵素の解析 (2012)
  • Author(s): 森川 大智, 野尻 英俊, 齋田 良知, 小林 慶司, 渡辺 憲史, 麻生 義則, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Organizer: 第30回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 新宿
• [Presentation] 細胞質酸化ストレスは低代謝型骨量減少を引き起こす (2012)
  • Author(s): 森川 大智, 野尻 英俊, 斎田 良知, 津田 千鶴, 斎藤 充, 宮崎 剛, 金子 和夫, 清水 孝彦
  • Organizer: 日本生化学会大会・日本分子生物学会年会合同大会
  • Place of Presentation: 福岡