| Project/Area Number |
24K12864
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 57010:Oral biological science-related
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山本 知真也 北海道大学, 歯学研究院, 招へい教員 (50928299)
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| Project Period (FY) |
2024-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2026: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
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| Keywords | 石灰化 / 骨細胞 / SIBLING family / PTH / 血中Pi濃度 |
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| Outline of Research at the Start |
骨基質石灰化では、骨芽細胞による基質小胞性石灰化に続き、骨細胞ネットワークによるSIBLING familyを介した有機性の石灰化調節機構が働いている可能性が推測される。本研究では、SIBLING familyを介した骨細胞性石灰化調節機構において、血中Pi濃度上昇が骨細胞のSIBLING familyによる再石灰化を抑制する可能性、また、血中Pi濃度上昇にPTH作用が加わると重篤な石灰化抑制を誘導する可能性を明らかにする目的で、モデル動物を用いた組織化学的・微細構造学的解析を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究代表者は、基質石灰化を維持する因子として骨細胞ネットワークに着目し、その調節機構の１つとしてSIBLING familyなどの基質蛋白による基質石灰化調節機構を推察した。SIBLING familyにはMEPE, DMP1, osteopontinなどが含まれるが、それらの機能ドメインであるASARM peptideが切断・リン酸化されることでリン酸化ASARMペプチドとなり骨小腔周囲の再石灰化を抑制する一方、Phexはリン酸化ASARMペプチド産生をブロックし石灰化を誘導する可能性が考えられる。本研究では、高Pi濃度・副甲状腺ホルモン（PTH）濃度環境がSIBLING familyを介した骨細胞性石灰化調節にどのような影響を及ぼすのか、モデル動物を用いて組織化学・微細構造学的に解明することを目的とした。令和６年度では、kl/klマウスは、血中Pi濃度高値を示し血中Ca濃度は正常範囲であること、BUN・血清クレアチニンなどの腎臓機能は異常値を示さないこと、さらに、血中PTH値は低下傾向を示した。kl/klマウスの大腿骨・脛骨など長管骨では、未石灰化を示す骨基質が広がっており、基質石灰化が破綻していることが強く示された。一方で、透過型電子顕微鏡を用いて微細構造学的に検索すると、野生型マウスおよびkl/klマウス共に骨芽細胞から分泌される基質小胞が観察されたが、石灰化球の発達はkl/klマウスで著しく抑制されていた。Kl/klマウスにおいて、SIBLING familyである DMP1や osteopontin、そして、osteocalcinは骨細胞・骨小腔に多量に蓄積されていることを見出した。また、最終的に石灰化を抑制するリン酸化ASARMペプチドがkl/klマウスの骨細胞・骨小腔に見いだされた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究では、kl/klマウスは、血中Pi濃度高値を示し、血中Ca濃度は正常範囲であること、BUN・血清クレアチニンなどの腎臓機能は異常値を示さないこと、さらに、血中PTH値は低下していることを確認した。すなわち、kl/klマウスは腎疾患による血中ミネラルバランスの破綻ではなく、FGF23/klotho axisによる血中Pi濃度の上昇が誘導されていると考えられ（PTH濃度やCa濃度の上昇は認められない）、本研究の目的を果たすうえで適切なモデルであることを確認している。野生型マウスおよびkl/klマウス共に骨芽細胞から分泌された基質小胞が観察されたが、石灰化球の発達はkl/klマウスで著しく抑制されていたこと、さらに、骨基質に広範囲に未石灰化領域が広がっていたことは、kl/klマウスでは、骨芽細胞の基質石灰化機能が正常であっても、基質石灰化に対する骨細胞ネットワークによる維持機構が破綻していることが強く示唆された。これらの結果は本研究が計画通り進捗していることを示している。また、骨細胞・骨小腔に認められた多量のosteopontin, DMP1の蓄積、さらに、リン酸化ASARMペプチドの局在が認められたことから、骨細胞周囲の石灰化はSIBLING familyによる石灰化維持の破綻による可能性が高まった。以上より、本研究は、概ね順調に進展していると判断された。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の実験で、kl/klマウスは血中Pi濃度高値、Ca濃度は正常範囲、BUN・血清クレアチニンなどの腎臓機能は正常範囲、さらに、血中PTH値は低下を示した。従って、kl/klマウスに低リン餌給餌を行うことで、血中Pi濃度を低下させた時に、上述した骨基質石灰化異常、および、骨細胞が産生する因子が正常状態に回復するか確認をする予定である。また同時に、kl/klマウスにPTH投与を行うことにより、高Pi/高PTH状態を誘導する予定である。この実験の目的は、二次性副甲状腺機能亢進症を伴う慢性腎不全と同じ状態を再現することで、骨基質、特に、皮質骨に石灰化異常が誘導されるか、また、骨細胞や骨小腔におけるPhex/SIBLING familyの異常と基質石灰化における極度な破綻が生じるか組織学・微細構造学的に検索することである。臨床的には、二次性副甲状腺機能亢進症を伴う慢性腎不全では、骨強度が著しく脆弱化していることから、皮質骨の多孔化が誘導されていないか、また、皮質骨に局在する骨細胞ネットワークによる骨細胞性骨溶解が誘導されていないか検索する予定である。
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