骨への力学的付加により生じるシェアストレスの破骨細胞分化・機能に対する作用を探る

2006 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17591922
• Research Institution: Meikai University
• Principal Investigator: 羽毛田 慈之 明海大学, 歯学部, 教授 (90164772)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 卓也 明海大学, 歯学部, 講師 (00316689) ; 増原 正明 明海大学, 歯学部, 助手 (70372901)
• Keywords: 骨 / シェアストレス / 骨芽細胞 / 破骨細胞分化 / 骨吸収 / RANKL / プロスタグランジン / OPG

Research Abstract

骨は力学的に負荷のかかる場所において形成が促進し、負荷のかからない場所では廃用性に吸収されることにより、外形および内部構造を変える(Wolffの法則)。本研究は、骨への力学的負荷によって生じるシェアストレスが破骨細胞の分化および骨吸収活性にどのように影響を及ぼすかを明らかにし、骨形成系細胞と骨吸収系細胞を含んだシェアストレスの骨吸収に対する作用を解明することを目的とし、昨年度は以下の結果が得られた。
マウス頭蓋冠から分離し、石灰化能を有する骨芽細胞に様々な強さのシェアストレスを負荷し、骨吸収因子であるプロスタグランジン(PG)の律速酵素のCOX-2とRANKLの遺伝子発現およびRANKLの作用を阻害するOPGの遺伝子発現をRT-PCR法から検討した。その結果、シェアストレス負荷骨芽細胞において、負荷開始から短時間で有意にCOX-2とRANKLの遺伝子発現が上昇した。また、OPGの遺伝子発現も僅かではあるが上昇した。さらにシェアストレス負荷骨芽細胞のコンディションドメディウムは破骨細胞の分化および骨吸収活性を僅かでは有るが促進した。
本年度はシェアストレスによる骨芽細胞のRANKL発現の分子メカニズムと破骨細胞分化および骨吸収活性に対するシェアストレスの直接的作用について解析した。まず、シェアストレスによる骨芽細胞のRANKL発現の分子メカニズムについて、RANKL発現に必要なシェアストレスは短時間で十分なRANKL発現が誘導され、その発現はシェアストレスから開放されても持続的であった。また、シェアストレス誘導RANKL発現はMAPK系のErkの活性化に依存的であった。しかし、同じくシェアストレスによって誘導されるPGを介した誘導ではなくPG非依存的であった。一方、破骨細胞前駆細胞からの破骨細胞分化へのシェアストレスによる直接的な作用は低濃度RANKL存在下においても促進的に働いた。以上の結果から、シェアストレスは骨芽細胞に作用し、破骨細胞分化のトリガー分子であるRANKLを発現するとともに、直接破骨細胞前駆細胞に作用しその分化を誘導するといった間接的および直接的な作用によって骨吸収を促進する働きのあることが明らかになった。