非荷重による骨量減少における、骨髄細胞のシグナル伝達の変化と分化異常の解明

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14370475
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: 酒井 昭典 産業医科大学, 医学部, 助教授 (90248576)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 利孝 産業医科大学, 医学部, 教授 (50082235)
• Keywords: 非荷重 / 海綿骨 / 骨髄細胞 / 副甲状腺ホルモン / c-fos / osterix / osteocalcin / PTH / PTHrp受容体

Research Abstract

我々は、p53遺伝子欠損マウスの膝関節を伸展位でバンデージ固定し、p53遺伝子の欠損が、不動による海綿骨量減少と骨形成低下を防止することを明らかにしてきた。骨髄細胞内のp53遺伝子を介したシグナル伝達の亢進が、不動性の骨量減少に関与していることを示した。
今年度は、非荷重後の海綿骨量減少過程において、骨の細胞増殖及び分化調節に関わる遺伝子発現の変化と副甲状腺ホルモン(PTH)の関与の有無を明らかにする目的で実験を行った。8週齢のC57BL/6J、雄マウスを用い、尾部懸垂を1週間行った。PTH 40Mg/kgを連日皮下に間歇投与する群(PTH群)とvehicleを投与する群(V群)を作成した。非荷重により、V群では海綿骨量は減少したが、PTH群では正常荷重群と同レベルに維持された。次に、非荷重後1週間の骨髄細胞における遺伝子発現をquantitative RT-PCRで解析した。PTH群では、PTH/PTHrP受容体の発現増加効果は非荷重によりさらに亢進した。PTH群では、osterixの発現増加効果は非荷重により影響を受けなかったが、c-fos、osteocalcinの発現増加効果は非荷重により減少した。PTH群では、RANKL、TRAPの発現が増加した。
1)PTH間歇投与は、荷重・非荷重に関わらずPTH/PTHrP受容体の発現亢進を介して、osterixの発現を増加させること、2)非荷重状態では、PTH間歇投与によるc-fosの発現亢進が抑制され、アルカリフォスファターゼ陽性CFU-fの形成およびosteocalcin発現の増加が抑制され、骨形成増加効果が現弱すること、3)非荷重状態では、PTH投与により未熟な骨芽細胞の割合が増加するためRANKLの発現が増加し、破骨細胞形成が亢進すること、が明らかとなった。

Research Products

• [Publications] Okazaki R, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Apoptosis and p53 expression in chondrocytes relate to degeneration in articuar cartilage of immobilized knee joints."Journal of Rheumatology. 30・3. 559-566 (2003)
• [Publications] Ohishi Y, Narusawa K, Nakamura T, et al.: "Lack of association between osteophyte and disc degeneration in postmenopausal Japanese women with back pain."Bone. 32・4. 405-411 (2003)
• [Publications] Uchida S, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Vascular endothelial growth factor is expressed along with its receptors during the healing process of bone and bone marrow after drill-hole injury in rats."Bone. 32・5. 491-501 (2003)
• [Publications] Masuyama R, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Dietary calcium and phosphorus ratio regulates bone mineralization and turnover in vitamin D receptor knockout mice by affecting intestinal calcium and phosphorus absorption."Journal of Bone and Mineral Research. 18・7. 1217-1226 (2003)
• [Publications] Mori T, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Climbing exercise increases bone mass and trabecular bone turnover through transient regulation of marrow osteogenic and osteoclastogenic potentials in mice."Journal of Bone and Mineral Research. 18・11. 2002-2009 (2003)
• [Publications] Okazaki R, Sakai A, Nakamura T, et al.: "Trabecular bone mass and bone formation are preserved after limb immobilization in p53 null mice."Annals of the Rheumatic Disease. (in press). (2004)