歯周病原菌プロテアーゼ毒素と宿主因子の相互作用に基づく歯周病性骨破壊の理解

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K11053
• Research Institution: Showa University
• Principal Investigator: 宮本 洋一 昭和大学, 歯学部, 准教授 (20295132)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 破骨細胞 / 炎症 / 歯周病

Outline of Annual Research Achievements

歯周病は種々の歯周病原菌の感染によって引き起こされる慢性炎症性疾患である。炎症性の破骨細胞の分化誘導と活性化は、歯槽骨の破壊を引き起こし、歯の喪失を招く。我々は、歯周病における破骨細胞分化誘導・活性化のメカニズムを研究して来た。これまで、歯周病菌から遊離する内毒素内毒素による直接あるいは炎症性サイトカイン遊離を介した骨芽細胞におけるRANKL発現の誘導の重要性が専ら強調されて来たが、我々は、主要な歯周病菌であるPorphyromonas gingivalisが産生するプロテアーゼであるジンジパインによるosteoprotegerinの分解が重要な役割を果たしていることを見出した。これは破骨細胞の分化・活性化の制御におけるosteopretegerin分解の重要性に着目した初めての研究といえるだろう。このことから我々は、内毒素や炎症性サイトカインに加え、細菌性および宿主のプロテアーゼ、宿主のプロテアーゼ阻害タンパク質、炎症性サイトカインやプロスタグランジン以外の宿主細胞の種々の反応が破骨細胞形成に果たす役割を複合的に理解することが重要であると考えるに至った。今年度は、炎症によって産生が亢進することが知られている一酸化窒素および活性酸素に依存して形成される核酸代謝産物の破骨細胞における産生と破骨細胞分化に果たす役割を解析した。その結果、8-ニトログアノシン3',5'-環状一リン酸 (8-ニトロ-cGMP)が破骨細胞およびその前駆細胞で産生されること、さらに8-ニトロ-cGMPが破骨細胞分化を強力に促進することを見出した。このことは、一酸化窒素および活性酸素産生の制御が歯周病を始めとする炎症性骨破壊抑制に重要であることを示唆する。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

我々は、歯周病性骨破壊等の炎症性破骨細胞形成について、これまでの内毒素、炎症性サイトカインおよびそれらによるRANKL発現制御に加え、細菌性および宿主プロテアーゼ、宿主のプロテアーゼ阻害タンパク質によるosteoprotegerinの分解制御に注目した研究を進めて来たが、今年度の研究で、炎症環境下で破骨細胞自身が産生する8-ニトロ-cGMPが破骨細胞分化を制御する新たな因子であることを発見した。これは、当初の計画の範囲を超えており、新たな研究分野の形成につながる可能性も高い。さらに、ジンジパインがシステインプロテアーゼであることを考えるならば、宿主のニトロ化・酸化ストレス，特にチオール基と反応して共有結合物を作ることが知られてる8-ニトロ-cGMPとの相互作用の可能性を無視することは出来ない。

Strategy for Future Research Activity

引き続き細菌性および宿主プロテアーゼ、宿主のプロテアーゼ阻害タンパク質によるosteoprotegerinの分解制御の破骨細胞分化・活性化における役割を解析する。一方、これらの現象は歯周病原菌の感染に伴って歯周組織で高まる酸化・ニトロ化ストレスと切り離して理解することは出来ないと考える。今年度の発見に加え、例えば、ジンジパインはシステインプロテアーゼであるため、宿主のニトロ化・酸化ストレス，特にチオール基と反応して共有結合物を作ることが知られてる8-ニトロ-cGMPとの相互作用の可能性を無視することは出来ない。今後は、当初の計画に加え、宿主の酸化・ニトロ化ストレスの役割にも注目して、炎症性骨破壊を複合的に理解するための研究を進めていきたいと考える。

Research Products

• [Journal Article] Enhanced and suppressed mineralization by acetoacetate andβ-hydroxybutyrate in osteoblast cultures. (2016)
  • Author(s): Saito A, Yoshimura K, Miyamoto Y, Yamamoto M, Kamijo R
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 473 Pages: 537-544
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.03.109
  • Peer Reviewed / Open Access / 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: European Surgical Research 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: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 467 Pages: 146-151
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.09.092
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [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] 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: The American Society for Cell Biology Annual Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Diego, CA, 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: The American Society for Cell Biology Annual Meeting 2015
  • Place of Presentation: San Diego, CA, U.S.A.
  • Year and Date: 2015-12-12 – 2015-12-16
  • Int'l Joint Research
• [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] 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・学術大会
  • Place of Presentation: 福岡
  • Year and Date: 2015-10-30 – 2015-10-31
  • Int'l Joint Research
• [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] 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] 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] 8-Nitro-cGMPはマウス成長板の伸長を促進する． (2015)
  • Author(s): 宮本洋一
  • Organizer: 第14回 松本ボーンフォーラム
  • Place of Presentation: 松本
  • Year and Date: 2015-05-15 – 2015-05-16
• [Remarks] 昭和大学歯学部口腔生化学講座
  • URL: http://www10.showa-u.ac.jp/~oralbio/