骨芽細胞の分化調節機構を基盤として新しい骨再生療法を開発する

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12137208
• Research Institution: Nagasaki University
• Principal Investigator: 山口 朗 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 教授 (00142430)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柴田 恭明 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助手 (80253673) ; 藤田 修一 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助手 (00181355) ; 塚崎 智雄 長崎大学, 大学院・医歯薬学総合研究科, 助教授 (50315230)
• Keywords: 骨芽細胞 / 骨形成 / 再生 / 再生療法 / 細胞分化

Research Abstract

1)骨再生の分子メカニズムの解明
マウス正常大腿骨骨幹部に直径1.2mmの円形骨欠損を作製し,骨欠損前と骨欠損作製後5日目及び10日目で発現量が変動している遺伝子をcDNAチップで解析した。その結果、骨再生前と比較して骨再生5日目で顕著な発現上昇を示した遺伝子が約270個みられ、その中から約40個の遺伝子を選択し、骨再生過程におけるそれらの遺伝子璽発現パターンをRT-PCR,NorthernブロットおよびIn situハイビリダイゼーションで再検証した。これらの結果に基づき、骨で興味ある発現パターンを示した12個の遺伝子を選択し、さらに詳細に解析した結果、骨再生過程で重要な役割を担うと考えられる遺伝子が同定できた。
2)細胞移植法を利用した新しい骨再生療法の開発
新生仔マウスから分離培養した皮膚線維芽細胞にアデノウイルスベクターを用いてLacZ,BMP-2または,Runx2遺伝子を導入し,in vitroにおける骨芽細胞への分化能を解析した。次に,これらの遺伝子を導入した皮膚線維芽細胞を成長マウスの頭頂骨に作成した直径4mmの骨欠損部に移植し,骨再生に及ぼす効果を経時的に解析した。また,GFP Tgマウスから採取した皮膚線維芽細胞を移植することにより生体内での挙動を追跡した。
BMP-2またはRunx2遺伝子を導入した皮膚線維芽細胞は骨芽細胞への分化が示された。BMP-2を過剰発現した皮膚線維芽細胞を骨欠損部に移植すると2週後より明らかな骨再生が誘導されたが,Runx2,LacZを過剰発現させた皮膚線維芽細胞の移植では骨再生が誘導されなかった。さらに,GFP Tgマウスより採取した皮膚線維芽細胞にBMP-2遺伝子を導入して野生型マウスの骨欠損部に移植する実験より,移植した皮膚線維芽細胞が生体内で骨芽細胞・骨細胞へ分化することも明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Ochi K, Chen G, Ushida T, Gojo S, Segawa K, Tai H, Ueno K, Ohkawa H, Mori T, Yamaguchi A, Toyama Y, Hats J, Umezawa A: "Use of mature osteoblasts in abundance act as desired -shaped bone regeneration in combination with a modified poly DL-Lactic-co-glycolic acid (PLGA)-collagen sponge."J Cell Physiol. 194. 45-53 (2003)
• [Publications] Shirota T, Tashiro M, Ohno K, Yamaguchi A: "Effect of intermittent parathyroid hormone (1-34) treatment on the bone response after placement of titanium implants into the tibia of ovariectomized rats."J Oral Maxillofac Surg. 61. 471-480 (2003)
• [Publications] Hirata K, Tsukazaki T, Kadowaki A, Furukawa K, Shibata Y, Moriishi T, Okubo Y, Bessho K, Komori T, Mizuno A, Yamaguchi A: "Transplantation of skin fibroblasts expressing BMP-2 promotes bone repair more effectively than those expressing Runx2."BONE. 32. 502-512 (2003)
• [Publications] Iioka T, Furukawa K, Yamaguchi A, Shindo H, Yamashirta S, Tsukazaki T: "p300/CBP acts as a coactivator to cartilage homeoprotein-1 (Cart1), paired-like homeoprotein, through acetylation of the con served lysine residue adjacent to the homeodomain."J.Bone Miner.Res.. 18. 1419-1429 (2003)
• [Publications] Shindo K, Kawashima N, Sakamoto K, Yamaguchi A, Umezawa A, Takagi M, Katsube K, Suda H.: "Osteogenic differentiation, of the mesenchymal progenitor cells, Kusa is suppressed by Notch signaling."Exp Cell Res. 290. 370-380 (2003)
• [Publications] A.Kadowaki, T.Tsukazaki, K.Hirata, Y.Shihata, Y.Okubo, K.Bessho, T.Komori, N.Yoshida, A.Yamaguchi: "Isolation and characterization of a mesenchymal cell line that differentiates into osteoblasts in response to BMP-2 from calvariae of GFP transgenic mice"BONE. (In press). (2004)