BMPとnogginによる骨・軟骨発生分化過程の制御に関する研究

1999 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11671836
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 二藤 彰 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (00240747)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野田 政樹 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (50231725)
• Keywords: 骨格形成 / 分化 / BMP / noggin

Research Abstract

本年度ではBMPとnogginの相互作用が骨、軟骨の発生、分化課程のどの時点で行われているかを検討するために、主としてin vitroでの培養による実験を行った。まず細胞株を用いた実験はテラトカルシノーマ由来間葉系細胞C1を用いた。C1細胞は、培養条件を変えることで、骨芽細胞、軟骨細胞、脂肪細胞にそれぞれ分化することができる。培養細胞の実験では、軟骨細胞に分化させたときにのみnogginの発現が誘導され、骨芽細胞への分化条件では全く誘導がかからなかった。しかもnogginの誘導は軟骨基質を産出する分化後期において誘導が観察された。次にnogginの発現調節を行う具体的な分子は何であるか調べるために、分泌タンパクのスクリーニングを行った所、BMP4/7のヘテロダイマーが濃度依存的にnogginの発現を上昇させた。調べた濃度では5ng/mlの濃度から発現の促進が認められ、100ng/mlが最大の効果を示した。またBMP7ホモダイマーでも100ng/mlでnoggin遺伝子発現の促進がおこったが、同じ濃度のBMP2では遺伝子発現の促進は認められなかった。またnoggin遺伝子発現の促進に対するBMP4/7の効果は時間依存性も示し、作用後24時間で最大の効果を示した。
これらの細胞株を用いた実験から結果からnogginの発現はBMPの制御下にある可能性が示されたため、マウス胎児の骨格形成期におけるBMPとnogginの発現部位を解析したnogginはin vitroの結果と同様マウス胚肢芽発生においても、軟骨の前駆体細胞凝集からその発現が始まり、肥大軟骨に至るまで発現が持続し、石灰化が始まると発現は消失した。さらに、nogginとBMPとくにBMP7の発現領域と密接な関係があることが判明した。これらin vtroの細胞培養の結果ならびにin vivoの骨格形成の結果から、nogginの発現は軟骨分化を行う細胞において分化にともなって発現し、その遺伝子発現はBMPの制御下にある可能性が示された。

Research Products

• [Publications] Nifuji, A. et al: "Coordinated expression of noggin and BMPs during early skeletogenesis and induction of noggin expression by BMP7."J Bone and Mineral Research. 14. 2057-2066 (1999)
• [Publications] Nifuji, A. et al: "Noggin expression in a mesodermal pluripotent cell line C1 and its regulation by BMP."J. Cell. Biochem. 72. 437-444 (1999)
• [Publications] Gosek-Sone, M, Nifuji, A. et al.: "Expression of mRNA encoding tissue-nonspecific alkaline phosphatase in human dental tissues."Calcif. Tissue Int. 64. 160-162 (1999)
• [Publications] Hijikata M, Nifuji, A. et al: "Induction of apoptosis of monocyte-macrophage lineage cells by 5-S-GAD"FEBS Lett.. 457. 405-408 (1999)