足・膝の比較による関節軟骨のホメオスタシスと変性の分子機序の解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K10888
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松本 卓巳 東京大学, 医学部附属病院, 特任准教授 (70436468)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 齋藤 琢 東京大学, 医学部附属病院, 准教授 (30456107) ; 岡田 慶太 東京大学, 医学部附属病院, 助教 (50759173)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 足関節 / 膝関節 / 変形性関節症

Outline of Annual Research Achievements

マウスとヒトの膝・足関節の網羅的遺伝子解析で得られた両関節軟骨の発現プロファイルの違いから足・膝関節の特性決定遺伝子の候補を絞り込みつつある。複数の注目している遺伝子について発現ベクターやsiRNAを使用して機能解析を行った結果、有力な遺伝子についてはfloxマウスの作成に移っており、in vivoでの足・膝関節の特性決定遺伝子の機能解析によって更なるデータの蓄積が期待される。独自に開発したマウス変形性足関節症モデルに対する論文が発行された（Chang et al. Osteoarthritis Cartilage. 2016 Apr;24(4):688-97).この変形性足関節モデルと従来からの変形性膝関節症モデルをWild typeマウスを用いて検証したところ両関節の変性過程にあらゆる違いが見られた。より詳細なin vivoでの検証を行うために特性決定遺伝子の関節軟骨特異的ノックアウトマウスで変形性足関節モデルと変形性膝関節症モデルを作成し変性の進行過程を検証する予定である。また、足関節軟骨には膝関節軟骨と比較して軟骨保護作用がある有名分子が多数存在しているが、変性促進因子である炎症反応や過剰な力学的負荷に対する両関節軟骨の反応に違いがあることがこれまでの我々の実験で明らかなとなった。この本質的な性質の違いをもたらす因子を解明すべく組織幹細胞レベルでの両関節の検証を執り行う予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

マウスの網羅的遺伝子解析のデータをもとに足・膝関節の特性決定遺伝子の候補を絞り込んで、その遺伝子のgain of function, loss of functionの影響をヒト関節軟骨サンプルで確認している。また、足関節、膝関節の特性決定の候補遺伝子についてfloxマウスを作成し、これからCol2-CreマウスやAcan-Creマウスを用いた関節軟骨特異的遺伝子欠失マウスを用いてin vivoによる機能解析を行う予定である。また、Prg4-GFT-Creマウスを用いたセルトラッキングでは足関節と膝関節で明らかに異なる傾向が出ており、関節ごとのホメオスタシス維持の機構の違いを検証する重要なデータとなりうると考える。

Strategy for Future Research Activity

マウスとヒトの足・膝関節軟骨の網羅的遺伝子解析で得られた特性決定候補遺伝子の機能解析を更に進める。特性決定候補遺伝子のfloxマウスとCol2a1-Cre ERT2マウスやAcan-Cre ERT2マ
ウスなど軟骨特異的Creマウスをかけ合わせ関節軟骨特異的な特性決定遺伝子欠失マウスを作成した。マウス変形性足関節症モデルや変形性膝関節症モデル、さらに加齢に伴う関節軟骨変性過程において、発現遺伝子の時間的、空間的な変化を更に解析する。また、Prg4トラッキングマウスで得られた足・膝関節のPrg4の振る舞いの違いから両関節の幹細胞レベルでの違いの検証へと研究を深めていく。幹細胞マーカーを用いたセルソートなどから厳密に分けた足・膝関節由来の幹細胞の性質の違いを変性促進因子である炎症や過剰な力学的負荷に対する反応の違いからつぶさに調べてゆく。

Causes of Carryover

（理由）
順調に研究が進んでいるため、必要以上に経費をかけずに済んだ
（使用計画）
Prg4-GFP-Creマウス、その他のマウスを用いて時系列で解析していく費用など