Development of treatment strategies for intervertebral disc degeneration by modulating mTOR signaling

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K20051
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 由留部 崇 神戸大学, 医学部附属病院, その他 (10514648)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 椎間板変性 / mTOR / オートファジー / 脊椎 / 整形外科

Outline of Annual Research Achievements

1．RNA干渉によるmTORシグナル経路の抑制が椎間板変性へ及ぼす影響を明らかにする実験：平成28年度にヒト椎間板細胞へのRNA干渉によるmTORシグナル経路の抑制効果を検討する細胞実験を行い、mTORシグナル因子のうちRaptorへのRNA干渉でのみ椎間板細胞保護作用が確認された。平成29年度にはラット尾椎椎間板へRaptorのみを特異的に抑制するsiRNAを局所投与し、その後に圧負荷を加えて変性を惹起する動物実験を施行した。単純X線撮影では有意差には至っていないもののRaptor干渉椎間で椎間板高が保持される傾向にあった。現在も動物実験を継続しており、組織学的検討のための標本作成中である。
2．Raptor阻害と同様の効果を有する薬剤が椎間板変性過程へ及ぼす影響を明らかにする実験：RaptorへのRNA干渉はmTORC1阻害により椎間板細胞保護作用を来すと考えられる。mTORC1阻害剤が類似の効果を来し得ると考え、平成28年度にヒト椎間板細胞への複数の薬剤の投与を行った。ラパログ（ラパマイシン誘導体）はいずれも椎間板細胞保護作用を示したが、親水性の高いテムシロリムスの効果が最も顕著であった。平成29年度にはラット椎間板へテムシロリムスの局所投与を行った後に圧負荷を加える実験を行い、投与椎間で椎間板高保持の傾向がみられた。
3．RNA干渉によるオートファジーの抑制が椎間板変性へ及ぼす影響を明らかにする実験：ヒト椎間板細胞へのRNA干渉を行い、オートファジー必須因子Atg5を特異的に抑制する細胞実験を行った。Atg5へのRNA干渉はアポトーシス細胞死とセネッセンス細胞老化を誘導することが明らかとなった。一方でオートファジーの阻害は細胞外基質代謝やMAPK経路活性には直接的な影響を及ぼしていなかった。現在、ラット椎間板へのAtg5 siRNA局所投与を行う動物実験を施行中である。

Research Products

• [Journal Article] Selective interference of mTORC1/RAPTOR protects against human disc cellular apoptosis, senescence, and extracellular matrix catabolism with Akt and autophagy induction (2017)
  • Author(s): Ito M.、Yurube T.、Kakutani K.、Maeno K.、Takada T.、Terashima Y.、Kakiuchi Y.、Takeoka Y.、Miyazaki S.、Kuroda R.、Nishida K.
  • Journal Title: Osteoarthritis and Cartilage Volume: 25(12) Pages: 2134～2146
  • DOI: 10.1016/j.joca.2017.08.019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 脊椎椎間板髄核におけるオートファジーの重要性とその誘導による椎間板変性予防の可能性 (2017)
  • Author(s): 由留部崇、伊藤雅明、角谷賢一朗、前野耕一郎、黒田良祐、西田康太郎
  • Journal Title: 中部日本整形外科災害外科学会雑誌 Volume: 60(3) Pages: 547-548
• [Presentation] Involvement of autophagy in intervertebral disc degeneration and its contribution to cell homeostasis with the maintenance of notochordal phenotype (2018)
  • Author(s): Yurube T, Ito M, Kakiuchi Y, Takeoka Y, Kakutani K, Takada T, Kanda Y, Miyazaki S, Kuroda R, Nishida K
  • Organizer: The 64th Annual Meeting, Orthopaedic Research Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temsirolimus is a candidate of the optimal mTOR inhibitor to protect human disc cells through AKT rather than autophagy induction (2018)
  • Author(s): Kakiuchi Y, Yurube T, Takeoka Y, Ito M, Kanda Y, Kakutani K, Takada T, Kuroda R, Nishida K
  • Organizer: The 64th Annual Meeting, Orthopaedic Research Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 椎間板髄核におけるオートファジーの重要性とその脊索表現型保持への関与の可能性 (2017)
  • Author(s): 由留部崇、伊藤雅明、垣内裕司、寺嶋良樹、武岡由樹、角谷賢一朗、前野耕一郎、高田徹、黒田良祐、西田康太郎
  • Organizer: 第46回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] ATG5のノックダウンによるオートファジーの抑制はヒト椎間板細胞のアポトーシスとセネッセンスを誘導し、細胞数を減少させる (2017)
  • Author(s): 伊藤雅明、由留部崇、角谷賢一朗、前野耕一郎、高田徹、寺嶋良樹、垣内裕司、武岡由樹、黒田良祐、西田康太郎
  • Organizer: 第46回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] ヒト椎間板髄核臍傍におけるmTOR阻害薬の細胞死、細胞老化、細胞外基質分解抑止効果の比較 (2017)
  • Author(s): 垣内裕司、由留部崇、角谷賢一朗、前野耕一郎、高田徹、寺嶋良樹、伊藤雅明、武岡由樹、黒田良祐、西田康太郎
  • Organizer: 第46回日本脊椎脊髄病学会
• [Presentation] Involvement of autophagy in intervertebral disc degeneration and its possible contribution to the maintenance of notochordal cell homeostasis (2017)
  • Author(s): Yurube T, Hirata H, Ito M, Terashima Y, Kakiuchi Y, Takeoka Y, Miyazaki S, Kakutani K, Maeno K, Takada T, Kuroda R, Nishida K
  • Organizer: The 44th Annual Meeting, International Society for the Study of the Lumbar Spine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Inhibition of autophagy through ATG5 knock down induces apoptosis and senescence in human intervertebral disc cells (2017)
  • Author(s): Ito M, Yurube T, Kakutani K, Maeno K, Takada T, Terashima Y, Kakiuchi Y, Takeoka Y, Kuroda R, Nishida K
  • Organizer: The 44th Annual Meeting, International Society for the Study of the Lumbar Spine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Temsirolimus is a candidate of the optimal mTOR inhibitor for protecting human intervertebral disc nucleus pulposus cells (2017)
  • Author(s): Kakiuchi Y, Yurube T, Takeoka Y, Ito M, Kakutani K, Maeno K, Takada T, Terashima Y, Kuroda R, Nishida K
  • Organizer: The 44th Annual Meeting, International Society for the Study of the Lumbar Spine
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] mTORC1阻害薬テムシロリムスはヒト椎間板髄核細胞において細胞死、細胞老化、細胞外基質分解を抑制する (2017)
  • Author(s): 垣内裕司、由留部崇、角谷賢一朗、前野耕一郎、高田徹、寺嶋良樹、伊藤雅明、武岡由樹、黒田良祐、西田康太郎
  • Organizer: 第36回運動器移植再生医学研究会
• [Presentation] 脊椎椎間板変性へのオートファジーの関与とその脊索由来細胞における恒常性維持機構の可能性 (2017)
  • Author(s): 由留部崇、伊藤雅明、寺嶋良樹、垣内裕司、武岡由樹、角谷賢一朗、前野耕一郎、高田徹、土井田稔、黒田良祐、西田康太郎
  • Organizer: 第32回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] オートファジーの抑制はヒト椎間板細胞においてアポトーシス、セネッセンスを誘導し、細胞数を減少させる (2017)
  • Author(s): 伊藤雅明、由留部崇、角谷賢一朗、前野耕一郎、高田徹、寺嶋良樹、垣内裕司、武岡由樹、土井田稔、黒田良祐、西田康太郎
  • Organizer: 第32回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] ｍTORC1阻害薬テムシロリスムはヒト椎間板髄核細胞において細胞死、細胞老化、細胞外基質分解を抑制する (2017)
  • Author(s): 垣内裕司、由留部崇、角谷賢一朗、前野耕一郎、高田徹、寺嶋良樹、伊藤雅明、武岡由樹、土井田稔、黒田良祐、西田康太郎
  • Organizer: 第32回日本整形外科学会基礎学術集会
• [Presentation] Involvement of autophagy in intervertebral disc degeneration and its contribution to cell survival with the maintenance of notochordal phenotype (2017)
  • Author(s): Yurube T, Hirata H, Ito M, Terashima Y, Kakiuchi Y, Takeoka Y, Kakutani K, Takada T, Miyazaki S, Kuroda R, Nishida K
  • Organizer: The 45th Annual Meeting, Cervical Spine Research Society
  • Int'l Joint Research