破骨細胞と調節するシグナル伝達系と骨・歯周疾患における骨破壊機序の解明

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12137209
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (B)
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 高橋 直之 昭和大学, 歯学部, 助教授 (90119222)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 片桐 岳信 昭和大学, 歯学部, 講師 (80245802) ; 自見 英治郎 昭和大学, 歯学部, 助手 (40276598) ; 宇田川 信之 昭和大学, 歯学部, 講師 (70245801)
• Keywords: 破骨細胞 / 骨芽細胞 / RANKL / SaOS-4 / 3細胞 / カルシウム / PKC / M-CSF / シグナル伝達

Research Abstract

目的:骨吸収を司る破骨細胞の分化と機能は骨芽細胞により調節されている。最近、骨芽細胞の細胞膜上に発現し破骨細胞の分化と機能を調節するTNFファミリーに属する破骨細胞分化因子ODF/RANKLがクローニングされ、骨芽細胞による破骨細胞の分化と機能誘導機構が解明された。本研究は、破骨細胞の分化と機能を調節するシグナル伝達系の解析、及び代謝性骨疾患の骨吸収メカニズムを解明することを目的とした。今回我々は、(1)PTH/PTHrPレセプターを導入して樹立したヒト骨芽細胞様株細胞SaOS4/3細胞を用い、RANKLとM-CSFの発現様式を解析した。また、(2)骨芽細胞の細胞内カルシウムがRANKLの発現に及ぼす作用を解析した。
結果:(1)SaOS-4/3細胞とマウス骨髄細胞の共存培養系にPTHを添加すると多数の破骨細胞が形成された。PTHはSaOS4/3細胞のRANKLとM-CSFmRNAの発現を共に誘導した。また、SaOS-4/3細胞の発現するRANKLとともにM-CSFはともに膜結合型として破骨細胞前駆細胞に提示されることが示された。(2)マウスの共存培養系において、A23187とIonomycinは破骨細胞の形成を誘導した。また、高濃度のカルシウム(10-30mM)存在下で共存培養を実施した場合も、破骨細胞形成が促進された。PKCの賦活剤であるPMAも共存培養系で破骨細胞形成を促進した。これらいずれの条件下においても、骨芽細胞におけるRANKLmRNAの発現とともにOPGのmRNAの発現上昇も観察された。
考察:骨芽細胞の発現するM-CSFとRANKLはともに膜結合型として破骨細胞前駆細胞に提示された。また、骨芽細胞の細胞内カルシウム上昇はPKCを活性化し、そのシグナルがRANKLの発現を誘導した。これらの機序は、破骨細胞が骨組織にのみ形成される機序を説明するものと考えられた。

Research Products

• [Publications] Itoh K et al.: "Importance of membrane- or matrix-associated forms of M-CSF and RANKL/ODF in osteoclastogenesis supported by SaOS-4/3 cells expressing recombinant PTH/PTHrP Receptors."J.Bone Miner.Res.. 15. 1766-1775 (2000)
• [Publications] Takami M et al.: "Intracellular calcium and protein kinase C mediate expression of receptor activator of NF-κB ligand (RANKL) and osteoprotegerin in osteoblasts."Endocrinology. 141. 4711-4719 (2000)
• [Publications] Udagawa N, et al.: "Osteoprotegerin produced by osteoblasts in an important regulator in osteoclast development and function."Endocrinology. 141. 3478-3484 (2000)
• [Publications] Tsurukai T, et al.: "The Essential role of macrophage-colony stimulating factor and osteoclast differentiation factor in osteoclastogenesis."J.Bone Miner.Metab.. 18. 177-184 (2000)
• [Publications] Kobayashi K, et al.: "Tumor necrosis factor α stimulates osteoclast differentiation by a mechanism independent of the ODF/RANKL-RANK interaction."J.Exp.Med.. 191. 275-286, (2000)
• [Publications] Kotake S et al.: "Activated human T cells directly induce osteoclastogenesis from human monocytes : possible role of T cells in bone destruction in rheumatoid arthritis patients."Arthritis Rheum. (in press). (2001)
• [Publications] 高橋直之(共著): "歯科医学2 歯周病-新しい治療を求めて"先端医療技術研究所. 536 (2000)