Coupling regulation by osteoclastic exosomes

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16H06261
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 苅谷 嘉顕 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (20633168)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 骨・軟骨代謝 / カップリング / 骨形成 / 骨芽細胞 / 破骨細胞

Outline of Annual Research Achievements

骨リモデリングにおいて、破骨細胞により骨吸収された部位を、選択的に埋め戻す様式で骨形成が生じるカップリング現象が知られている。一方で、この埋め戻しが起こる部位の選択性や、埋め戻し量がどのように制御されているかは不明な点が多い。本研究では、このメカニズムの一端を解明することで、骨代謝の生理学的理解を深めることを目的としている。研究代表者らの研究から、破骨細胞が活性化した際には、多量のexosomeを放出していることが明らかにしており、また、このexosome上には、多数の機能性タンパク質が搭載されていることを、ショットガンプロテオミクス解析により同定している。また、このexosomeが、骨芽細胞の分化成熟に影響を与えることを示唆すする知見をin vitro、in vivo、両面より得ており、exosomeがカップリングにおけるキーファクターである可能性を見出している。また、exosomeに搭載されている機能性タンパク質には、細胞動態・遊走性制御に関わる分子が認められたことから、破骨細胞から宝珠移されたexosomeが、骨形成を担う骨芽細胞の骨吸収窩近傍への方向性を持った遊走に影響を与え、カップリングに制御に寄与する可能性を想定し、この点を検証することとした。骨芽細胞様細胞株MC3T3-E1細胞や初代培養骨芽細胞に、単離した破骨細胞由来のexosomeを添加し、遊走性を検証する種々の解析を行った結果、破骨細胞由来exosomeによる骨芽細胞の遊走性を亢進させる効果が見出された。しかしながら、単純な遊走性亢進だけでは、骨芽細胞の選択多岐な部位への誘因メカニズムを十分に説明できるとは考えられない。この知見に基づき、今後は、方向性を持った遊走性制御のメカニズム解明を中心に解析をすることが重要と考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

当初、exosomeに搭載されているタンパク質等から予想していたexosomeによる骨芽細胞の動態制御様式は、骨芽細胞の運動性低下であったが、実際には逆に運動性が亢進するという予測と反対の結果であった。そのため、研究開始当初に予定していた方針から修正を加えているが、骨芽細胞の運動性に影響を与える、という知見は様々な検討から確認され、カップリング現象において、exosomeが、骨芽細胞動態制御に寄与し、カップリング現象に関与する可能性に関しては、前向きな結果と解釈でき、研究計画の修正は必要であるものの、カップリング現象の生理的理解という目的から見た場合、おおむね順調に進展していると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

今後は、破骨細胞由来exosomeによる骨芽細胞の遊走性亢進に方向性があるのか検証することで、吸収窩へ骨芽細胞を誘因を遊走性のみで説明できるのか、検証を進める。また、すべての骨芽細胞系の細胞が遊走性制御を受けるのか、あるいは、特定の分化段階の細胞に選択的な作用なのかを見出すことで、破骨細胞由来exosomeが、生体内において、どのタイミングで、どの細胞に対して影響を与えうるのかを検討する。また、これまでの種々の検討から、破骨細胞は性質の異なる複数のexosomeを放出する可能性も見出している。これらの性質の異なるexosomeの分離、および、それぞれの骨芽細胞遊走性などに与える影響の解析も試みる。さらに、exosome刺激した際の骨芽細胞内シグナル経路活性化度の変化を解析し、exosome搭載タンパク質と対比することで、運動性制御の背後に存在する分子メカニズム解明を目指す。これらのin vitro解析を通じて、カップリング現象におけるexosomeの生理学的な役割の理解を目指す。加えて、生体レベルでの解析として、破骨細胞由来exosomeに比較的選択的に搭載されているタンパク質の同定、このタンパク質に対する中和抗体をマウスに投与することを想定しており、順次、解析を進めていく。