Elucidation of regulatory mechanisms of skeletal via Smad4

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17K11026
• Research Institution: Saitama Medical University
• Principal Investigator: 塚本 翔 埼玉医科大学, 医学部, 助教 (20707658)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 骨形成 / 骨代謝 / 骨系統疾患 / 骨粗鬆症 / シグナル伝達

Outline of Annual Research Achievements

骨格の形成や維持に重要なTGF-βファミリーの細胞シグナルは、複数の転写因子Smadによって伝達される。Smadの活性には、転写共役因子Smad4が必須であることが知られている。我々は、出生後の任意の時期にSmad4を欠失できるマウス (Smad4 cKOマウス)を樹立し、骨格制御におけるSmad4を介したTGF-βファミリーの役割を解析した。2017年度の解析から、Smad4 cKOマウスは、骨形成が亢進し海綿骨の骨量が著しく増加していることが明らかとなった。また、2018年度の解析から、Smad4 cKOマウスの骨組織では、Wnt7bの発現が亢進していることが示唆された。よって、2019年度は、Smad4が制御するWnt7bの骨組織における役割について解析を進めた。我々は、新たにタモキシフェン誘導性のSmad4とWnt7bのダブルコンディショナルノックアウトマウス（Smad4;Wnt7b dcKO）を樹立した。Smad4 cKOマウスは、骨量の増加が認められたが、Smad4;Wnt7b dcKOは、骨量の増加を示さなかった。 この結果は、Smad4を介した骨量増加は、Wnt7b活性を介することを示唆する。さらに、Wnt7b cKOマウスの骨格筋組織へ、BMP含有コラーゲンスポンジを移植し、異所性骨に対する影響を検討した。すると、コントロールマウスに比べてWnt7b cKOマウスは、異所性骨量が減少していた。以上の結果から、Smad4を介したTGF-βファミリーと骨形成を強力に亢進するWntシグナルがWnt7bを介しクロストークしている可能性が示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Fibrodysplasia ossificans progressiva: Review and research activities in Japan (2020)
  • Author(s): Haga Nobuhiko、Nakashima Yasuharu、Kitoh Hiroshi、Kamizono Junji、Katagiri Takenobu、Saijo Hideto、Tsukamoto Sho、Shinoda Yusuke、Sawada Ryoko、Nakahara Yasuo
  • Journal Title: Pediatrics International Volume: 62 Pages: 3～13
  • DOI: 10.1111/ped.14065
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Wnt7b expressed by hypertrophic chondrocytes is a critical inducer of bone formation during endochondral ossification (2019)
  • Author(s): Tsukamoto S, Kuratani M, Sekine N, Okubo M, Tanaka S, Jimi E, Oda H, Katagiri T
  • Organizer: ASBMR 2019 Annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A crosstalk between Wnt and TGF-β/BMP families regulates endochondral bone formation (2019)
  • Author(s): Tsukamoto S, Kuratani M, Sekine N, Okubo M, Tanaka S, Jimi E, Oda H, Katagiri T
  • Organizer: Gordon Research Conference on Wnt Signaling
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 内軟骨性骨化におけるBMPとWntの新たなクロストーク (2019)
  • Author(s): 塚本翔、倉谷麻衣、関根典子、大久保美里、田中伸哉、自見英治郎、織田弘美、片桐岳信
  • Organizer: 第5回日本骨免疫学会
• [Presentation] Wnt7bは分化成熟した軟骨細胞が発現する内軟骨性骨化における骨形成促進因子である (2019)
  • Author(s): 塚本翔、倉谷麻衣、田中伸哉、自見英治郎、織田弘美、片桐岳信
  • Organizer: 第37回日本骨代謝学会学術集会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identiffication of a critical amino acid residue in ALK2 for the binding and inhibition by the anti-ALK2 blocking antibody (2019)
  • Author(s): Katagiri T, Tsukamoto S, Kuratani M, Tsuji S, Takaishi K, Kunikata T, Nakamura K, Kawaguchi Y, Hasegawa J
  • Organizer: ASBMR 2019 Annual meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 抗ALK2阻害抗体の結合と阻害活性に重要なALK2細胞外領域アミノ酸残基の同定 (2019)
  • Author(s): 片桐岳信、塚本翔、倉谷麻衣
  • Organizer: 第37回日本骨代謝学会学術集会
• [Presentation] Identiffication of a critical amino acid residue in ALK2 for the binding and inhibition by the anti-ALK2 blocking antibody (2019)
  • Author(s): Katagiri T, Tsukamoto S, Kuratani M, Tsuji S, Takaishi K, Kunikata T, Nakamura K, Kawaguchi Y, Hasegawa J
  • Organizer: FASEB SRC on TGF-β Superfamily
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A role of dimer formation of ALK2, a BMP typeI receptor in the activation of intracellular signaling (2019)
  • Author(s): Katagiri T, Tsuji S, Tsukamoto S, Kuratani M, Ohte S, Sekine N, Kumagai K, Osawa K, Takaishi K, Nakamura K, Kawaguchi Y, Hasegawa J
  • Organizer: Gordon Research Conference on Cartilage
  • Int'l Joint Research