Elucidation of molecular regulatory mechanism of communication between bone constituent cells under skeletal loading

2019 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 15K10499
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Orthopaedic surgery
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: Sakai Akinori 産業医科大学, 医学部, 教授 (90248576)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: メカニカルストレス / カルシトニン / 副甲状腺ホルモン / 海綿骨 / 皮質骨 / アルデヒド脱水素酵素 / マウス / 骨形態計測

Outline of Final Research Achievements

This investigation revealed that skeletal loading or unloading induced un-coupling of bone formation and
bone resorption. Under the unloading condition, osteoclasts were activated and calcitonin receptors were highly expressed in osteoclasts, while under the loading condition or disruption of aldehyde dehydrogenase 2 gene, osteoblasts were activated and parathyroid hormone receptors were highly expressed in osteoblasts and osteocytes. Our studies demonstrated that signal through calcitonin receptor in osteoclasts under the unloading condition and signal through parathyroid hormone receptor in osteoblasts and osteocytes under the loading condition were important for regulatory mechanism for bone adaption of mechanical alteration.

Free Research Field

整形外科

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

長期間の臥床や宇宙空間での滞在などの非荷重環境や運動などの荷重環境では、骨芽細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収は連動せずに、個別の変化を示す。本研究課題ではその病態を解明した。非荷重状態では破骨細胞におけるカルシトニン受容体の発現が亢進しその受容体を介したシグナルが、また、荷重負荷状態やアルデヒド脱水素酵素遺伝子欠損状態では骨芽細胞と骨細胞における副甲状ホルモン受容体の発現が亢進しその受容体を介したシグナルが、それぞれ重要である。これらの受容体を介したシグナルを調節することで、非荷重による骨量減少を抑制し、荷重による骨量増加を促進することをさらに効率的にできる可能性がある。