血清に存在する骨形成調節因子の解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13671951
• Research Institution: SHOWA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 片桐 岳信 昭和大学, 歯学部, 助教授 (80245802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 上條 竜太郎 昭和大学, 歯学部, 教授 (70233939) ; 新木 敏正 昭和大学, 歯学部, 講師 (90138420) ; 守村 直子 昭和大学, 歯学部, 助手 (00349044)
• Keywords: 骨形成 / 骨芽細胞 / ホルモン / 成長因子 / 骨誘導因子 / 転写調節因子 / 筋芽細胞 / 細胞分化

Research Abstract

骨形成を促進する因子として、骨誘導因子(Bone Morphogenetic Proteins ; BMPs)が知られている。全身的な骨形成を促進するためには、骨誘導因子の発現量を増加させることに加え、骨誘導因子に対する感受性を高めることも重要と予想される。そこで本年度は、骨誘導因子の生物活性を促進するような生理活性物質を探索し、その作用機序を検討した。
我々は、骨誘導因子がヘパリン結合タンパク質であること、ヘパリンが種々の生理活性物質の活性を促進する例が報告されている点に着目し、骨誘導因子の活性に及ぼすヘパリンの効果を、我々が確立した筋芽細胞C2C12を用いたモデル実験系で検討した。
ヘパリン存在下でBMP-2を作用させると、BMP-2の骨芽細胞への分化誘導作用が促進され、より低濃度のBMP-2でも強く作用することが判明した。このヘパリンの効果は、BMP-2だけでなく、BMP-4でも同様に認められた。BMPは二量体で作用することから、ヘテロ二量体に対する効果も検討したところ、BMP-2/6やBMP-2/7ヘテロ二量体の活性も、ヘパリンによって促進された。
ヘパリンは、それ単独で骨誘導因子の細胞内情報伝達系を活性化せず、下流の転写調節因子の作用にも直接影響しなかった。一方、細胞外で骨誘導因子と結合し、培地中から細胞層への移行を抑制した。EGFPを組み込んだBMPのレポーターシステムを用いた解析から、ヘパリン存在下では、BMP活性が持続的になることが明らかとなった。
今回の結果より、ヘパリンのような硫酸化多糖がBMP活性を促進することが判明した。これらの硫酸化多糖は、生体内でプロテオグリカンとして細胞膜表面や基質に存在する。ヘパリンも、肥満細胞によって分泌される多糖である。従って、生体内においても、これらの多糖類がBMP活性を制御し、骨形成を調節する可能性が示された。これらの結果は、多糖とBMPの混合物を用いて、骨形成を促進できる可能性を示唆する。

Research Products

• [Publications] Kobayashi, T., et al.: "PTHrP and Indian hedgehog control differentiation of growth plate chondrocytes at multiple steps"Development. 129. 2977-2986 (2002)
• [Publications] Katagiri, T., et al.: "Identification of a BMP-responsive element in Id1, the gene for inhibition of myogenesis"Genes Cells. 7. 949-960 (2002)
• [Publications] Johnsen, S.A., et al.: "Transcriptional regulation of Smad2 is required for enhancement of TGFβ/Smad signaling by TGFβ inducible early gene"J.Cell.Biochem.. 87. 233-241 (2002)
• [Publications] 片桐 岳信: "骨芽細胞の実験系で何がわかったのか"骨の知識と骨粗鬆症. 5. 10-13 (2002)