Elucidation of the mechanism in bone metabolism using changes of gravity vector and parameter.

• Project Area: "LIVING IN SPACE" - Integral Understanding of life-regulation mechanism from "SPACE"
• Project/Area Number: 18H04986
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 茶谷 昌宏 昭和大学, 歯学部, 助教 (80628628)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 重力 / メダカ / 骨 / 破骨細胞 / 骨代謝 / 骨芽細胞

Outline of Annual Research Achievements

生物において恒常性の維持は重要であるが、環境の変化からその破綻がみられる場合がある。その一つとして宇宙環境があり、宇宙飛行士が宇宙から帰還すると骨量の低下がみられる。このことから骨代謝の制御には重力が関与すると考えられるが、その機構は未だ明らかになっていない。本研究ではメダカに遺伝子改変を行い、骨代謝における重力の影響について解析と検討を行った。
メダカの宇宙環境利用実験で得られたRNAseqデータ解析からグルココルチコイドのシグナルに着目し、メダカの骨代謝におけるグルココルチコイドの役割について調べた。グルココルチコイド受容体ノックアウトマウスは胎生致死となるが、今回メダカでグルココルチコイド受容体遺伝子の1つを欠損した動物を作製したところ、生存することがわかった。このメダカのヒレの一部を骨折させて骨修復能を調べた結果、骨折部位に集まる破骨細胞と骨芽細胞が増加したことから、GR2が両細胞の動態を制御するという新たな知見を得た。（Azetsu et al, 2019）
メカノセンシングに関与すると考えられている髄鞘について解析を行うため、髄鞘が可視化して見えるmpz (myelin protein zero, p0)-EGFPトランスジェニックメダカを作製した。骨修復能を調べた結果、mpz陽性細胞がnerve上に集合してくる様子が観察された。さらにラパマイシン投与により、骨修復時における骨芽細胞とmpz陽性細胞のリクルートが抑制されることがわかった。（Dodo et al, 2020）
重力作用による硬組織形成への影響を調べるため、過剰な重力をメダカに与える実験系の構築を行った。約5倍の重力環境下でメダカを飼育した結果、脊椎骨が背側へ湾曲することがわかった。さらに、耳石形成にも異常がみられた。（Chatani et al, 2019）

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Effects of lipid metabolism on mouse incisor dentinogenesis. (2020)
  • Author(s): Kurotaki, Y., Sakai, N., Miyazaki, T., Hosonuma, M., Sato, Y., Karakawa, A., Chatani, M., Myers, M., Suzawa, T., Negishi-Koga, T., Kamijo, R., Miyazaki, A., Maruoka, Y., Takami, M.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 5102-5102
  • DOI: 10.1038/s41598-020-61978-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Effects of N-methyl-D-aspartate receptor antagonist MK-801 (dizocilpine) on bone homeostasis in mice (2020)
  • Author(s): Kiyohara S, Sakai N, Handa K, Yamakawa T, Ishikawa K, Chatani M, Karakawa A, Azetsu Y, Munakata M, Ozeki M, Negishi-Koga T, Takami M
  • Journal Title: J Oral Biosci Volume: - Issue: 2 Pages: 131-138
  • DOI: 10.1016/j.job.2020.03.003
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Myelination during fracture healing in vivo in myelin protein zero (p0) transgenic medaka line (2020)
  • Author(s): Dodo Y, Chatani M, Azetsu Y, Hosonuma M, Karakawa A, Sakai N, Negishi-Koga T, Tsuji M, Inagaki K, Kiuchi Y, Takami M
  • Journal Title: Bone Volume: 133 Pages: 115225-115225
  • DOI: 10.1016/j.bone.2020.115225
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biological Effects of Anti-RANKL Antibody and Zoledronic Acid on Growth and Tooth Eruption in Growing Mice (2019)
  • Author(s): Isawa M, Karakawa, Sakai N, Nishina S, Kuritani M, Chatani M, Negishi-Koga T, Sato M, Inoue M, Shimada Y, Takami M
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 9(1) Issue: 1 Pages: 19895-19895
  • DOI: 10.1038/s41598-019-56151-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Roles of monocarboxylate transporter subtypes in promotion and suppression of osteoclast differentiation and survival on bone. (2019)
  • Author(s): Imai H, Yoshimura K, Miyamoto Y, Sasa K, Sugano M, Chatani M, Takami M, Yamamoto M, Kamijo R
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 9 Issue: 1 Pages: 15608-15608
  • DOI: 10.1038/s41598-019-52128-2
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Bone loss caused by dopaminergic degeneration and levodopa treatment in Parkinson’s disease model mice (2019)
  • Author(s): Handa Kazuaki、Kiyohara Shuichi、Yamakawa Tomoyuki、Ishikawa Koji、Hosonuma Masahiro、Sakai Nobuhiro、Karakawa Akiko、Chatani Masahiro、Tsuji Mayumi、Inagaki Katsunori、Kiuchi Yuji、Takami Masamichi、Negishi-Koga Takako
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 13768-13768
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50336-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Delphinidin-Enriched Maqui Berry Extract Improves Bone Metabolism and Protects against Bone Loss in Osteopenic Mouse Models (2019)
  • Author(s): Nagaoka Masahiro、Maeda Toyonobu、Chatani Masahiro、Handa Kazuaki、Yamakawa Tomoyuki、Kiyohara Shuichi、Negishi-Koga Takako、Kato Yasumasa、Takami Masamichi、Niida Shumpei、Lang Stefanie、Kruger Marlena、Suzuki Keiko
  • Journal Title: Antioxidants Volume: 8 Issue: 9 Pages: 386-386
  • DOI: 10.3390/antiox8090386
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hypergravity induces vertebrae and otolith deformation in medaka fish (2019)
  • Author(s): Chatani M, Mitsuhashi A, Dodo Y, Sakai N, and Takami M
  • Journal Title: Biological Sciences in Space Volume: 33 Issue: 0 Pages: 12-17
  • DOI: 10.2187/bss.33.12
  • NAID: 130007705239
  • ISSN: 0914-9201, 1349-967X
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Treatment with synthetic glucocorticoid impairs bone metabolism, as revealed by in vivo imaging of osteoblasts and osteoclasts in medaka fish (2019)
  • Author(s): Azetsu, Y., Chatani M, Dodo Y, Karakawa A, Sakai N, Negishi-Koga T, Takami M
  • Journal Title: Biomed Pharmacother Volume: 118 Pages: 109101-109101
  • DOI: 10.1016/j.biopha.2019.109101
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Anti-mouse RANKL Antibodies Inhibit Alveolar Bone Destruction in Periodontitis Model Mice (2018)
  • Author(s): Kuritani M, Sakai N, Karakawa A, Isawa M, Chatani M, Negishi-Koga T, Funatsu T, Takami M.
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 41 Issue: 4 Pages: 637-643
  • DOI: 10.1248/bpb.b18-00026
  • NAID: 130006602562
  • ISSN: 0918-6158, 1347-5215
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 400㎞上空の生きた細胞を見る (2018)
  • Author(s): 茶谷 昌宏
  • Journal Title: 月刊細胞 Volume: 50 Pages: 38-39
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] メダカ骨芽細胞/破骨細胞の微小重力環境に対する初期応答 (2018)
  • Author(s): 茶谷 昌宏
  • Journal Title: White Volume: 6 Pages: 69-70
• [Presentation] Analysis of tooth replacement mechanism using genetically modified medaka fish (2019)
  • Author(s): Masahiro Chatani, Yuki Azetsu, Yusuke Dodo, Nobuhiro Sakai, Akira Kudo, Masamichi Takami
  • Organizer: 第61回歯科基礎医学会学術大会 日韓合同シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] メダカの宇宙適応を基盤とした骨研究 (2019)
  • Author(s): 茶谷 昌宏
  • Organizer: 第33回日本宇宙生物科学会 受賞講演
• [Presentation] 重力が破骨細胞分化過程に及ぼす影響の解析 (2019)
  • Author(s): 茶谷 昌宏、高見 正道
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会 第33回大会
• [Presentation] 遺伝子改変メダカを用いたグルココルチコイドの骨代謝制御機構の解析 (2019)
  • Author(s): 畔津 佑季、茶谷 昌宏、百々 悠介、高見 正道
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会 第33回大会
• [Presentation] 髄鞘を標識したメダカを用いた重力応答機構の解析 (2019)
  • Author(s): 百々悠介、茶谷 昌宏、畔津 佑季、稲垣 克記、木内 祐二、高見 正道
  • Organizer: 日本宇宙生物科学会 第33回大会
• [Presentation] メダカのinvivoイメージングシステムを用いた骨代謝に対するグルココルチコイドの作用解析 (2019)
  • Author(s): 畔津 佑季、茶谷 昌宏、古賀 貴子、坂井 信裕、唐川 亜希子、高見 正道
  • Organizer: 第５回日本骨免疫学会
• [Presentation] The potential of medaka fish to uncover mechanisms of gravity response. (2018)
  • Author(s): Chatani M
  • Organizer: 15th Korea-Japan Joint Seminar on Space Environment Utilization Research
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] メダカ骨芽細胞/破骨細胞の微小重力環境に対する初期応答 (2018)
  • Author(s): 茶谷 昌宏
  • Organizer: 第5回臨床骨ネットワーク研究会
  • Invited
• [Presentation] Effects of gravity change on medaka fish hard tissues. (2018)
  • Author(s): Chatani M, Mitsuhashi A, Dodo Y, Azetsu Y, Sakai N, Kudo A, Takami M
  • Organizer: 29th Australian and New Zealand Bone and Mineral Society (ANZBMS) ANNUAL SCIENTIFIC MEETING
• [Presentation] 重力が歯と骨の恒常性に及ぼす作用－メダカを用いた加重力実験 (2018)
  • Author(s): 茶谷 昌宏, 三橋 あい子, 畔津 佑季, 坂井 信裕, 工藤 明, 高見 正道
  • Organizer: 第36回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] 重力変化がメダカの硬組織に与える影響 (2018)
  • Author(s): 茶谷 昌宏
  • Organizer: 第347回昭和大学学士会例会
• [Book] Handbook of Space Pharmaceuticals (2019)
  • Author(s): Chatani M, Kudo A
  • Publisher: Springer, Switzerland
  • ISBN: 9783030055264
• [Book] Zebrafish, Medaka and Other Small Fishes. (2018)
  • Author(s): Chatani M, Kudo A
  • Total Pages: 315
  • Publisher: Springer, Singapore.
  • ISBN: 9789811318788