BMP活性を促進する血清由来タンパク性因子の単離・同定と生理的役割の解明

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16390533
• Research Institution: Saitama Medical School
• Principal Investigator: 片桐 岳信 埼玉医科大学, 医学部, 助教授 (80245802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須田 立雄 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (90014034) ; 上條 竜太郎 昭和大学, 歯学部, 教授 (70233939) ; 福田 亨 埼玉医科大学, 医学部, 助手 (20301492)
• Keywords: 生理活性 / 蛋白質 / 生体成分 / 骨形成 / 血清

Research Abstract

前年度の研究により、我々が血清から単離・同定した血小板由来因子は、BMPによる骨芽細胞分化を強力に促進することが判明した。本因子の作用はBMP-2と同時に標的細胞に作用したときに認められ、本因子で前処理した細胞には全く効果を示さないことが判明した。本因子とBMPを作用させた細胞内では、BMPのシグナル伝達因子であるSmad1/5/8のリン酸化が更新したことから、これがBMP作用の促進を引き起こすものと考えられた。
本因子は、経時的に標的細胞の中に取り込まれることも明らかとなった。これは温度感受性で、細胞表面のタンパク質を除去すると取り込みが抑制されるが、ヘパラン硫酸などの糖鎖を除去しても取り込みに変化は認められないことから、タンパク質を介したエンドサイトーシスによって取り込まれると考えられた。
本因子を血小板内で過剰発現させたトランスジェニックマウスと、本因子を欠失したノックアウトマウスを用いて、骨折の再生過程を比較した。その結果、ノックアウトマウスでは骨折治癒が遅延し、トランスジェニックマウスでは逆に治癒が促進することが明らかとなった。
同時に、我々はヘパリンのような硫酸化多糖がBMP活性を強力に促進することを見いだした。このヘパリンによるBMP活性の促進作用は、マウスを用いたin vivoの異所性骨形成実験でも確認された。
ヘパリンの作用メカニズムとして、主に分解によると考えられるBMPの急激な消失を抑制し、BMPの半減期を約20倍に延長することが重要と考えられた。我々が見出した因子は、ヘパリンと異なり短時間で作用を示したことから、ヘパリンと本因子の作用メカニズムは異なることが示唆された。本因子は、生理的な骨形成や骨再生を制御する重要な因子と考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Surface chemistry and biological responses to synthetic octacalcium phosphate. (2006)
  • Author(s): Suzuki, O., Kamakura, S., Katagiri. T.
  • Journal Title: J Biomed Mater Res B Appl Biomater Volume: 77B Pages: 201-212
• [Journal Article] Bone formation enhanced by implanted octacalcium phosphate involving conversion into Ca-deficient hydroxyapatite. (2006)
  • Author(s): Suzuki, S., Kamakura, S., Katagiri, T., Nakamura, M., Zhao B., Honda, Y., Kamijo.
  • Journal Title: Biomaterials Volume: 27 Pages: 2671-2681
• [Journal Article] Enamel Matrix Derivative Gel Stimulates Signal Transduction of BMP and TGF-β. (2005)
  • Author(s): Suzuki, S., Nagano, T., Yamakoshi, Y., Gomi, K., Arai, T., Fukae, M., Katagiri, T., Oida, S.
  • Journal Title: J Dent Res Volume: 84 Pages: 510-514
• [Journal Article] Involvement of endogenous bone morphogenetic protein (BMP)2 and BMP6 in bone formation. (2005)
  • Author(s): Kugimiya, F., Kawaguchi, H., Kamekura, S., Chikuda, H., Ohba, S., Yano, F., Ogata, N., Katagiri, T., Harada, Y., Azuma, Y., Nakamura, K., Chung, U.-I.
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 280 Pages: 35704-35712
• [Journal Article] Cross-talk between Wnt and bone morphogenetic protein (BMP)-2 signaling in differentiation pathway of C2C12 myoblasts. (2005)
  • Author(s): Nakashima, A., Katagiri. T., Tamura, M.
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 280 Pages: 37660-37668
• [Journal Article] BMPアンタゴニストの発現と機能. (2005)
  • Author(s): 片桐岳信、福田亨
  • Journal Title: 日本臨床 Volume: 63 Pages: 404-408
• [Patent(Industrial Property Rights)] 動脈硬化の治療剤 (2005)
  • Inventor(s): 須田立雄、片桐岳信、東尾侃二、後藤雅昭、小平邦彦
  • Industrial Property Rights Holder: 埼玉医科大学、中外製薬
  • Industrial Property Number: 特願2005-198977
  • Filing Date: 2005-07-07