新規情報伝達物質8－ニトロ環状グアノシンによる硬組織代謝制御機構の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15H05016
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 上條 竜太郎 昭和大学, 歯学部, 教授 (70233939)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 赤池 孝章 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (20231798) ; 宮本 洋一 昭和大学, 歯学部, 准教授 (20295132) ; 山田 篤 昭和大学, 歯学部, 講師 (50407558) ; 片桐 岳信 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (80245802)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 8-NO2-cGMP / 軟骨細胞 / 骨芽細胞 / 細胞分化 / 細胞増殖 / 一酸化窒素 / 活性酸素

Outline of Annual Research Achievements

cGMPがニトロ化された8-NO2-cGMPの細胞内情報伝達分子としての機能が注目されている。骨格系における8-NO2-cGMPの生成と機能に関する報告はないが、我々は、マウス成長板軟骨の増殖軟骨細胞による8-NO2-cGMPの生成と8-NO2-cGMPによる長管骨の伸長促進を見出している。そこで我々は、骨格を形成する種々の細胞における8-NO2-cGMPの生成と機能を解析することとした。27年度は、軟骨細胞と骨芽細胞における8-NO2-cGMPの役割を解析した。
まず、軟骨細胞増殖に対する8-NO2-cGMPの作用をcGMPの細胞膜透過型誘導体である8-Br-cGMPと比較した。脛骨器官培養系にて、増殖細胞をデオキシウリジン誘導体の取り込みで検出したところ、8-NO2-cGMPは静止・増殖軟骨細胞の増殖を促進したが、8-Br-cGMPにその作用はなかった。これは初代培養マウス軟骨細胞でも同様の結果が得られた。また、8-NO2-cGMPが成長板の増殖軟骨細胞層の幅を増大させることで脛骨の伸長を促進したが、8-Br-cGMPにその活性はなく、むしろ肥大軟骨細胞層の幅を増大させた。
次に、我々は初代培養マウス骨芽細胞における8-NO2-cGMPの生成を免疫学的に確認した。そこで、骨芽細胞の分化・石灰化に対する8-NO2-cGMPの作用を8-Br-cGMPと比較したところ、8-NO2-cGMPおよび8-Br-cGMPは骨芽細胞におけるアルカリホスファターゼ活性をそれぞれ低下および促進した。また、8-NO2-cGMPは、骨芽細胞による石灰化物形成を抑制した。一方、8-NO2-cGMPは骨芽細胞の増殖に影響を与えなかった。
以上から、8-NO2-cGMPは骨形成に関わる軟骨細胞および骨芽細胞において、cGMPにはない全く新しい生理機能を発揮していることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

骨格を形成する骨芽細胞、骨細胞、破骨細胞、軟骨細胞における8-NO2-cGMPの生成および機能を解明することを目的として本研究を開始した。27年度は、主に軟骨細胞と骨芽細胞における8-NO2-cGMPの生成と機能について解析した。8-NO2-cGMPの生成を免疫学的に検出したところ、骨および成長板軟骨の増殖細胞層での生成が認められた。そこで、8-nitro-cGMPの軟骨細胞および骨芽細胞の増殖・分化に対する作用を、cGMPの細胞膜透過型誘導体である8-Br-cGMPを対照として解析した。
8-NO2-cGMPは、成長板の増殖軟骨細胞の増殖を促進することで長管骨の縦方向の成長を促進することを器官培養脛骨および初代培養軟骨細胞を用いた解析で明らかにした。一方、8-Br-cGMPには培養軟骨細胞の増殖、成長板の増殖軟骨細胞層の伸長作用はなく、むしろ肥大軟骨細胞層の幅を増大させた。
次に、8-NO2-cGMPの骨芽細胞の分化・石灰化における機能を8-Br-cGMPと比較した。8-NO2-cGMPは骨芽細胞の分化マーカーのひとつであるアルカリホスファターゼ活性を抑制したが、8-Br-cGMPは逆に促進した。また、8-NO2-cGMPは、骨芽細胞による石灰化物形成を抑制した。一方、8-NO2-cGMPは骨芽細胞の増殖に影響を及ぼさなかった。
27年度の研究から、8-NO2-cGMPは成長板の軟骨細胞の増殖を促進することで骨の伸長を促す一方、骨芽細胞による石灰化物生成には抑制的に働くことが示唆された。これらは、cGMPにはない全く新しい生理機能で、8-NO2-cGMPに特異的な機能と考えられた。8-NO2-cGMPの軟骨細胞および骨芽細胞における生成と機能を明らかにしたことから、本研究の進捗状況は順調といえる。

Strategy for Future Research Activity

27年度の研究から、軟骨細胞、骨芽細胞のいずれにおいても8-NO2-cGMPはcGMPとは全く異なる機能を有することが明らかとなった。8-NO2-cGMPとcGMPはいずれもcGMP依存性タンパク質キナーゼを活性化する。一方、cGMPとは異なり、8-NO2-cGMPには、S-グアニル化修飾によるタンパク質の機能改変機能があることが知られている。そこで、軟骨細胞および骨芽細胞におけるタンパク質S-グアニル化を検出および同定する。
さらに、骨格形成細胞として、破骨細胞および骨細胞における8-NO2-cGMPの生成および機能を明らかにする予定である。これにより、骨格を構成する細胞に置ける8-NO2-cGMPの生理機能の全貌が解明される。これにより得られる情報は、骨格系に生じる種々の疾患における8-NO2-cGMPの役割を明らかにするための基本データとなる。

Research Products

• [Journal Article] Cdc42 is crucial for facial and palatal formation during craniofacial development. (2016)
  • Author(s): Oshima-Nakayama M, Yamada A, Kurosawa T, Aizawa R, Suzuki D, Saito Y, Kasai H, Sato Y, Yamamoto M, Shirota T, Aiba A, Maki K, Kamijo R
  • Journal Title: Bone Reports Volume: 5 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1016/j.bonr.2016.01.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Rho GTPase protein Cdc42 is criticak for postnatal cartilage development (2016)
  • Author(s): Nagahama R, Yamada A, Tanaka J, Aizawa R, Suzuki D, Kassai H, Yamamoto M, Mishima K, Aiba A, Maki K, Kamijo R
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 470 Pages: 813-817
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.01.111.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bone micro-fragility caused by the mimetic aging processes in a-Klotho deficient mice: in situ nanoindentation assessment of dilatational bands. (2015)
  • Author(s): Maruyama, N., Shibata, Y., Mochizuki, A., Yamada, A., Maki, K., Inoue, T., Kamijo, R., Miyazaki, T
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 47 Pages: 62-71
  • DOI: 10.1016/j.biomaterials.2015.01.004.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Expression of Nephronectin is inhibited by Oncostatin M via both JAK/STAT and MAPK pathways. (2015)
  • Author(s): Kurosawa T, Yamada A, Takami M, Suzuki D, Saito Y, Hiranuma K, Enomoto T, Morimura N, Yamamoto M, Iijima T, Shirota T, Itabe H, Kamijo R
  • Journal Title: FEBS Open Bio Volume: 5 Pages: 303-307
  • DOI: 10.1016/j.fob.2015.04.001.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Enhanced in vitro biological activity generated by surface characteristics of anodically oxidized titanium ― the contribution of the oxidation effect. (2015)
  • Author(s): Wurihan, Yamada A, Suzuki D, Shibata Y, Kamijo R, Miyazaki T
  • Journal Title: European Cells & Materials Volume: 29 Pages: 290-302
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Association of aging with gene expression profiling in mouse submandibular glands. (2015)
  • Author(s): Saito Y, Yamada A, Suzuki D, Tanaka J, Nagahama R, Kurosawa T, Maki K, Mishima K, Shirota T, Kamij
  • Journal Title: Genomics Data Volume: 5 Pages: 115-119
  • DOI: 10.1016/j.gdata.2015.05.012.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Localization and osteoblastic differentiation potential of neural crest-derived cells in oral tissues of adult mice. (2015)
  • Author(s): Ono M, Suzawa T, Takami M, Yamamoto G, Hosono T, Yamada A, Suzuki D, Yoshimura K, Watahiki J, Hayashi R, Arata S, Mishima K, Nishida K, Osumi N, Maki K, Kamijo R
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 464 Pages: 1209-1214
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.07.106.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bone Response to Static Compressive Stress at Bone-Implant Interface: The Pilot Study of Critical Static Compressive stress. (2015)
  • Author(s): Ikumi N, Suzawa T, Yoshimura K, Kamijo R
  • Journal Title: Int J Oral Maxillofac Implants Volume: 30 Pages: 827-833
  • DOI: 10.11607/jomi.3715.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Synthetic Octacalcium Phosphate Enhanced Reparative Dentin Formation via Induction of Odontoblast Differentiation. (2015)
  • Author(s): Wang X, Suzawa T, Miyauchi T, Zhao B, Yasuhara R, Anada T, Nakamura M, Suzuki O, Kamijo R
  • Journal Title: J Tissue Eng Regen Med Volume: 9 Pages: 1310-1320
  • DOI: 10.1002/term.1669.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Oxygenated Static Preservation of Donation after Cardiac Death Liver Grafts Improves Hepatocyte Viability and Function. (2015)
  • Author(s): Yu, J., Murakami, M., Aoki, T., Jiang, B., Jin Z, Koizumi, T., Kusano, M., Kamijo, R., Miyamoto, Y., Enami, Y., Watanabe, M., Otsuka, K
  • Journal Title: Eur Surg Res Volume: 56 Pages: 1-18
  • DOI: 10.1159/000441058.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bropirimine inhibits osteoclast differentiation through production of interferon-β. (2015)
  • Author(s): Suzuki H, Mochizuki A, Yoshimura K, Miyamoto Y, Kaneko K, Inoue T, Chikazu D, Takami M, Kamijo R
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 467 Pages: 146-151
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.09.092.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 口腔顎顔面領域に存在する神経堤由来細胞の成体における分布と細胞分化能 ;新しい骨再生療法の提案 (2015)
  • Author(s): 高橋正皓、小野美樹、須澤徹夫、吉田寛、宇山理紗、槇宏太郎、上條竜太郎
  • Journal Title: 口腔組織培養学会誌 Volume: 24 Pages: 1-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 骨代謝とH2S・RSSシグナル (2015)
  • Author(s): 宮本洋一、上條竜太郎
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 34 Pages: 379-383
• [Presentation] Cdc42 is critical for cartilage development during endochondral ossification at postnatal stage. (2015)
  • Author(s): Nagahama R, Yamada A, Suzuki D, Maki K, kamijo R
  • Organizer: 2015 ASCB Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-12-12 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulation of nephronectin gene expression by 1α, 25-Dyhydroxyvitamin D3. (2015)
  • Author(s): Hiranuma K,Yamada A, Suzuki D, Iijima T, Kamijo R
  • Organizer: 2015 ASCB Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-12-12 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Missense mutations in parathyroid hormone 1 receptor found in patients having primary failure of tooth eruption cause decreased response to parathyroid hormone. (2015)
  • Author(s): Izumida E, Miyamoto Y, Yamada A, Saito T, Otsu M, Yamaguchi T, Maki K, Kamijo R
  • Organizer: 2015 ASCB Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-12-12 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Phagocyte-type NADPH oxidase-derived reactive oxygen species is crucial for activation of hyaluronidase and degradation of extracellular matrix in chondrocytes stimulated by interleukin-1β. (2015)
  • Author(s): Funato S, Yasuhara R, Miyamoto Y, Yoshimura K, Mishima K, Baba K, Kamijo R
  • Organizer: 2015 ASCB Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Diego, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-12-12 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 活性型ビタミンD3による細胞外マトリックスタンパク質Nephronectinの発現制御機構の解明． (2015)
  • Author(s): 平沼克洋、山田篤、上條竜太郎、飯島毅彦
  • Organizer: 第62回昭和大学学士会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-28 – 2015-11-28
• [Presentation] Cdc42遺伝子の生後成長期の軟骨形成における機能解析． (2015)
  • Author(s): 長濱諒、山田篤、上條竜太郎、槇宏太郎
  • Organizer: 第62回昭和大学学士会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-28 – 2015-11-28
• [Presentation] 疾患特異的iPS細胞を用いた疾患発症機構の解明． (2015)
  • Author(s): 泉田恵理、宮本洋一、山口徹太郎、山田 篤、大津 真、上條竜太郎、槇 宏太郎
  • Organizer: 第62回昭和大学学士会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-28 – 2015-11-28
• [Presentation] 炎症性軟骨基質減少の分子メカニズムの解明． (2015)
  • Author(s): 船登咲映、安原理佳、宮本洋一、吉村健太郎、美島健二、馬場一美、上條竜太郎
  • Organizer: 第62回昭和大学学士会総会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-11-28 – 2015-11-28
• [Presentation] Nephronectinに対する活性型ビタミンD3の発現制御機構の解析 (2015)
  • Author(s): 平沼克洋、山田篤、鈴木大、飯島毅彦、上條竜太郎
  • Organizer: 第52回日本口腔組織培養学会学術大会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2015-11-21 – 2015-11-21
• [Presentation] Cdc42は生後成長期の軟骨形成に重要である． (2015)
  • Author(s): 長濱諒、山田篤、鈴木大、上條竜太郎、槇宏太郎
  • Organizer: 第52回日本口腔組織培養学会学術大会
  • Place of Presentation: 徳島
  • Year and Date: 2015-11-21 – 2015-11-21
• [Presentation] Cdc42 in neural crest derived cells is essential for palatal development. (2015)
  • Author(s): Mutsuko Oshima, Atsushi Yamada, Dai Suzuki, Koutaro Maki, Ryutaro Kamijo
  • Organizer: ANZBMS 25th Annual Scientific Meeting
  • Place of Presentation: Tasmania, Australia
  • Year and Date: 2015-11-01 – 2015-11-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cdc42 is critical for postnatal cartilage development. (2015)
  • Author(s): 長濱諒、山田篤、槇宏太郎、上條竜太郎
  • Organizer: 第63回国際歯科研究学会日本部会総会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-10-30 – 2015-10-31
• [Presentation] Interleukin-1βinduces activation of hyaluronidase and degradation of extracellular matrix in murine chondrocytes in a phagocyte-type NADPH oxidase-derived reactive oxygen species-dependent manner. (2015)
  • Author(s): Funato S, Yasuhara R, Miyamoto Y, Yoshimura K, Mishima K, Baba K, Kamijo R
  • Organizer: 第63回国際歯科研究学会日本部会総会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-10-30 – 2015-10-31
• [Presentation] Expression of nephronection is regulated by 1α, 25-Dyhydroxyvitamin D3. (2015)
  • Author(s): 平沼克洋、山田篤、飯島毅彦、上條竜太郎
  • Organizer: 第63回国際歯科研究学会日本部会総会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-10-30 – 2015-10-31
• [Presentation] 免疫組織学的観点からみた骨巨細胞腫におけるCD11b陽性細胞の意義． (2015)
  • Author(s): 渋谷 勲、高見正道、榎本拓哉、松永朗裕、中村 茂、上條竜太郎
  • Organizer: 第30回 日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 富山
  • Year and Date: 2015-10-22 – 2015-10-23
• [Presentation] 神経堤由来細胞に発現するRhoファミリー低分子量Gタンパク質Cdc42は口蓋形成に必須である． (2015)
  • Author(s): 大島睦子、山田篤、鈴木大、槇宏太郎、上條竜太郎
  • Organizer: 第57回歯科基礎医学会学術大会・総会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-09-11 – 2015-09-13
• [Presentation] 骨/インプラント界面の静的圧縮応力に対する骨の反応 –静的圧縮の限界応力に関する研究− ． (2015)
  • Author(s): 井汲憲治、須澤徹夫、吉村健太郎、上條竜太郎
  • Organizer: 第57回歯科基礎医学会学術大会・総会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2015-09-11 – 2015-09-13
• [Presentation] 生命科学の視点から見る口腔インプラント：骨代謝研究の立場から (2015)
  • Author(s): 上條竜太郎
  • Organizer: 公益社団法人 日本口腔インプラント学会 関東・甲信越支部
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-08-02 – 2015-08-02
  • Invited
• [Presentation] 低分子量Gタンパク質Cdc42は口蓋形成において重要な遺伝子である． (2015)
  • Author(s): 大島睦子、山田篤、鈴木大、槙宏太郎、上條竜太郎
  • Organizer: 第33回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-07-23 – 2015-07-25
• [Presentation] 内因性活性イオウ種はマウス軟骨細胞の増殖と骨の伸長を促進した． (2015)
  • Author(s): 星野真理江，金子児太郎，宮本洋一，近津大地，馬場一美，上條竜太郎
  • Organizer: 第33回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-07-23 – 2015-07-25
• [Presentation] 骨巨細胞腫細胞培養系におけるゾレドロン酸とデノスマブの作用機序の相違． (2015)
  • Author(s): 渋谷 勲、高見正道、榎本拓哉、上條竜太郎、豊根知明
  • Organizer: 第48回 日本整形外科学会 骨・軟部腫瘍学術集会
  • Place of Presentation: 高松
  • Year and Date: 2015-07-09 – 2015-07-10
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPはマウス軟骨細胞の増殖と骨の伸長を促進する新規内因性シグナル分子である． (2015)
  • Author(s): 星野真理江、宮本洋一、金子児太郎、赤池孝章、近津大地、馬場一美、上條竜太郎
  • Organizer: 第15回 東京骨関節フォーラム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-07-04 – 2015-07-04
• [Presentation] Rhoファミリー低分子量Gタンパク質Rac1およびCdc42の骨･軟骨形成における機能解析． (2015)
  • Author(s): 山田篤、鈴木大、上條竜太郎
  • Organizer: 第1回日本骨免疫学会
  • Place of Presentation: 宮古島
  • Year and Date: 2015-06-30 – 2015-07-02
• [Presentation] 軟骨形成における恒常活性型Rac1の機能解析． (2015)
  • Author(s): 鈴木大、Bush J、上條竜太郎、Beier F
  • Organizer: 第1回日本骨免疫学会
  • Place of Presentation: 宮古島
  • Year and Date: 2015-06-30 – 2015-07-02
• [Presentation] 8-ニトロ-cGMPは骨伸長を促進する新規内因性シグナル分子である． (2015)
  • Author(s): 星野真理江、宮本洋一、金子児太郎、赤池孝章、近津大地、馬場一美、上條竜太郎
  • Organizer: 第1回日本骨免疫学会
  • Place of Presentation: 宮古島
  • Year and Date: 2015-06-30 – 2015-07-02
• [Presentation] Cdc42遺伝子の口蓋形成過程における機能解析． (2015)
  • Author(s): 大島睦子、山田篤、槇宏太郎、上條竜太郎
  • Organizer: 第69回日本口腔科学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-05-14 – 2015-05-15