肥満による変形性膝関節症の発症機構の解明とCCN2によるその制御効果の検討

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K11641
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 西田 崇 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (30322233)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久保田 聡 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (90221936) ; 滝川 正春 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (20112063) ; 服部 高子 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (00228488) ; 青山 絵理子 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (10432650) ; 高江洲 かずみ (河田かずみ) 岡山大学, 医歯(薬)学総合研究科, 助教 (10457228)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 軟骨細胞 / アンジオテンシンII / CCN2/CTGF / 肥満 / 変形性関節症 / 局所性RAS / AT1R / AT2R

Outline of Annual Research Achievements

肥満が変形性関節症(OA)のリスク因子であることはよく知られているが、肥満によって増加した脂肪組織がOAに対してどのような影響を及ぼすのかは未だ不明である。本研究課題の目的は全身の脂肪組織由来のアンジオテンシンII (ANG II)が軟骨細胞にどのような影響を及ぼすのかをin vitro及びin vivoの実験系を用いて明らかにすることである。当該年度では、培養軟骨細胞を用いたin vitroの実験系を中心に解析した。以下にその結果を示す。1.ヒト軟骨細胞様細胞株HCS-2/8、ラット初代関節軟骨細胞、ラット初代骨端軟骨細胞にプロレニン受容体 (PRR)、アンジオテンシン変換酵素(ACE1)、アンジオテンシン受容体(AT1R、AT2R)遺伝子が発現していることを確認し、軟骨細胞自身によるANG II産生の可能性を示唆した。2. HCS-2/8細胞にANG IIを添加すると、ANG IIの濃度に依存して細胞増殖の指標であるPCNAの産生量は増加した。また、軟骨細胞の分化の指標である硫酸化グリコサミノグルカン量も上昇傾向を示した。3. HCS-2/8細胞にANG IIを添加し、anabolic factor であるCCN family protein 2/結合組織成長因子(CCN2/CTGF)及びcatabolic factorであるMMP9の産生量を解析したところ、CCN2はANG IIの濃度に依存して増加し、MMP9の産生量は逆に減少した。4. HCS-2/8細胞において、PRR、ACE1、AT1R、AT2Rの遺伝子発現レベルはCcn2をノックダウンすることで有意に上昇した。これらの結果から全身由来のANG IIではなく、CCN2によって制御される軟骨組織由来の局所のANG IIが、オートクリン/パラクリンに作用して軟骨細胞の増殖と分化を制御していることが示唆された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

平成29年度の研究実施計画では主にin vitro解析に主眼を置いていたため、その点は概ね順調に伸展していると考えている。しかし、ラット膝関節部の内側側副靭帯を切断するOAモデルの作製は未だ成功していない点、及びCRISPR-Cas9システムによるゲノム編集技術を用いて、アンジオテンシンII受容体AT1Rをノックアウトした軟骨細胞の作製には未だ着手できておらず、これらの点を考慮すると、平成29年度の研究進捗状況はやや遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

平成29年度に着手できなかったCRISPR-Cas9システムによるAT1Rのノックアウト軟骨細胞の作製を急ぐと共にOAモデルラットの膝関節部の組織切片を作製し、AT1R及びAT2Rの関節軟骨組織での局在を調べる。また、1ヶ月齢のTamoxifen誘導性Ccn2欠損マウスにTamoxifenを投与した後に高脂肪食を与えて飼育を開始し、Ccn2をノックダウンしたマウスを肥満状態にした時の膝関節の状態を検討する。

Causes of Carryover

平成29年度の研究実施計画ではCRISPR-Cas9システムを用いたアンジオテンシンII受容体AT1Rをノックアウトした軟骨細胞の作製が含まれていたが、軟骨細胞におけるアンジオテンシンIIの作用を解析するのに、当初予定よりも時間がかかり、CRISPR-Cas9システムによるゲノム編集作業に未だ着手できていない。そのため、ガイドRNA等の作製にかかる費用が次年度に繰り越されている。平成30年度ではすぐにゲノム編集作業に着手し、平成30年度に請求する助成金と合わせて当初の研究実施計画を遂行する予定である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Department of Orthopedic surgery, UCLA(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: Department of Orthopedic surgery, UCLA
• [Journal Article] Novel role of CCN3 that maintains the differentiated phenotype of articular cartilage. (2017)
  • Author(s): Janune, D., Abd El Kader, T., Aoyama, E., Nishida, T., Tabata, Y., Kubota, S., Takigawa, M.
  • Journal Title: J. Bone Miner. Metab., Volume: 35 Pages: 582-597
  • DOI: 10.1007/s00774-016-0793-4.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Low-intensity pulsed ultrasound (LIPUS) treatment of cultured chondrocytes stimulates production of CCN family protein 2 (CCN2), a protein involved in the regeneration of articular cartilage: mechanism underlying this stimulation. (2017)
  • Author(s): Nishida, T., Kubota, S., Aoyama, E., Yamanaka, N., Lyons, K. M., Takigawa, M.
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: 25 Pages: 759-769
  • DOI: 10.1016/j.joca.2016.10.003.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Catabolic effects of FGF-1 on chondrocytes and its possible role in osteoarthritis. (2017)
  • Author(s): El-Seoudi, A., Abd El Kader, T., Nishida, T., Eguchi, T., Aoyama, E., Takigawa, M., Kubota, S.
  • Journal Title: J. Cell Commun. Signal. Volume: 11 Pages: 255-263
  • DOI: 10.1007/s12079-017-0384-8.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Regulatory mechanism of CCN2 production by serotonin (5-HT) via 5-HT2A and 5-HT2B receptors in chondrocytes. (2017)
  • Author(s): Hori A, Nishida T, Takashiba S, Kubota S, Takigawa M.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 12 Pages: e0188014
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0188014. eCollection 2017.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 骨リモデリングにおける骨細胞の役割 (2017)
  • Author(s): 西田 崇、久保田聡、滝川正春
  • Journal Title: Clin. Calcium Volume: 27 Pages: 1697-1703
  • DOI: CliCa171216971703.
  • Open Access
• [Presentation] 培養軟骨細胞のCCN2産生における低出力性パルス超音波(LIPUS)処置の作用メカニズムの解明。 (2017)
  • Author(s): 西田 崇、久保田聡、青山絵理子、山中信康、Karen M. Lyons、滝川正春
  • Organizer: 第9回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] Small compounds that turn on CCN family genes. (2017)
  • Author(s): Kubota, S., Hara, E. S., Akashi, S., Ono, M., Nishida, T., Hattori, T., Kuboki, T., Takigawa M
  • Organizer: Ninth International Workishop on the CCN Family of Genes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] CCN proteins as targets for skeletal regulation theraphy (2017)
  • Author(s): Takigawa, M., Hara, C., Kamatsuki, Y., Aoyama, E., Janune, D., Furumatsu, T., Nishida, T., Hattori, T., Yamanaka, N., Kamioka, H., Ozaki, T., Kubota, S.
  • Organizer: Ninth International Workishop on the CCN Family of Genes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Catabolic effects of FGF-1 on chondrocytes with reduced CCN2 production and its possible role in osteoarthritis. (2017)
  • Author(s): El-Seoudi, A., Abd El Kader, T., Nishida T., Aoyama, E., Eguch, T., Takigawa, M., Kubota, S.
  • Organizer: Ninth International Workishop on the CCN Family of Genes
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 軟骨細胞分化に関わる長鎖ノンコーディングRNAの解析。 (2017)
  • Author(s): 石川崇典、村瀬友里香、西田 崇、服部高子、大野充昭、古松毅之、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第30回日本軟骨代謝学会
• [Presentation] 軟骨細胞のCCN2産生に対するセロトニン(5-HT)の制御機構の解明。 (2017)
  • Author(s): 堀 綾花、西田 崇、高柴正悟、久保田聡、滝川正春
  • Organizer: 第30回日本軟骨代謝学会
• [Presentation] Mechanism of the catabolic effects of Fibroblast Growth Factor (FGF-1) on chondrocytes and its possible role in Osteoarthritis. (2017)
  • Author(s): El-Seoudi, A., Abd El Kader, T., Nishida T., Aoyama, E., Eguch, T., Takigawa, M., Kubota, S.
  • Organizer: 第30回日本軟骨代謝学会
• [Presentation] 細胞外情報を統合するCCNファミリー遺伝子の糖代謝を介した制御。 (2017)
  • Author(s): 明石 翔、西田 崇、El-Seoudi A、滝川正春、飯田征二、久保田聡
  • Organizer: 第58回日本生化学会中国・四国支部例会
• [Presentation] 半月板におけるCCN2, CCN3に与える低出力パルス超音波(LIPUS)の効果。 (2017)
  • Author(s): 釜付祐輔、青山絵理子、古松毅之、前原亜美、山中信康、西田 崇、久保田聡、滝川正春、尾崎敏文
  • Organizer: 第49回日本結合組織学会学術大会
• [Presentation] 老齢マウスにおいて骨細胞由来CCN2は骨髄細胞由来CCN2よりも破骨細胞形成と骨リモデリングに重要である。 (2017)
  • Author(s): 西田 崇、久保田聡、横井秀基、向山政志、滝川正春
  • Organizer: 第35回日本骨代謝学会
• [Presentation] 軟骨細胞分化に関わる長鎖非コードRNAの骨形成における役割。 (2017)
  • Author(s): 石川崇典、村瀬友里香、西田 崇、服部高子、大野充昭、上岡 寛、滝川正春、久保田聡
  • Organizer: 第35回日本骨代謝学会
• [Presentation] 関節・成長板軟骨細胞におけるセロトニン (5-HT)によるCCN2産生の差別的制御メカニズム。 (2017)
  • Author(s): 堀 綾花、西田 崇、高柴正悟、久保田聡、滝川正春
  • Organizer: 第35回日本骨代謝学会
• [Presentation] Catabolic effects of FGF-1 on chondrocytes with reduced CCN2 production that promotes cartilage regeneration: Possible role in osteoarthritis. (2017)
  • Author(s): El-Seoudi, A., Abd El Kader, T., Nishida T., Aoyama, E., Eguch, T., Takigawa, M., Kubota, S.
  • Organizer: 第35回日本骨代謝学会
• [Presentation] 細胞外情報を統合するCCNファミリー遺伝子の糖代謝を介した制御 (2017)
  • Author(s): 明石 翔、西田 崇、El-Seoudi A、滝川正春、飯田征二、久保田聡
  • Organizer: 第9回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] 軟骨細胞におけるセロトニンによるCCN2の産生制御機構の解明。 (2017)
  • Author(s): 堀 綾花、西田 崇、高柴正悟、久保田聡、滝川正春
  • Organizer: 第9回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] Catabolic effects of FGF-1 on chondrocytes with reduced CCN2 production and its possible role in osteoarthritis. (2017)
  • Author(s): El-Seoudi, A., Abd El Kader, T., Nishida T., Aoyama, E., Eguch, T., Takigawa, M., Kubota, S.
  • Organizer: 第9回日本CCNファミリー研究会
• [Presentation] LIPUSにより半月板でのCCN2の発現・産生は増加する。 (2017)
  • Author(s): 釜付祐輔、青山絵理子、古松毅之、前原亜美、山中信康、西田 崇、久保田聡、滝川正春、尾崎敏文
  • Organizer: 第36回日本運動器移植・再生医学研究会
• [Presentation] 軟骨細胞におけるCCN3遺伝子の糖代謝を介した制御。 (2017)
  • Author(s): 明石 翔、西田 崇、El-Seoudi A、滝川正春、飯田征二、久保田聡
  • Organizer: 第38回岡山歯学会
• [Presentation] 老齢期の破骨細胞形成における骨細胞由来のCCN2の役割。 (2017)
  • Author(s): 西田 崇、久保田聡、滝川正春
  • Organizer: 第59回歯科基礎医学会
• [Presentation] 低出力パルス超音波（LIPUS）によりCCN2の発現・産生は増加する。 (2017)
  • Author(s): 釜付祐輔、青山絵理子、古松毅之、前原亜美、山中信康、西田 崇、久保田聡、滝川正春、尾崎敏文
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 第40回日本分子生物学会 第90回日本生化学会大会
• [Presentation] 細胞外情報を統合するCCNファミリー遺伝子の糖代謝を介した制御。 (2017)
  • Author(s): 明石 翔、西田 崇、El-Seoudi A、滝川正春、飯田征二、久保田聡
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 第40回日本分子生物学会 第90回日本生化学会大会
• [Presentation] CCN2とRab14の相互作用が骨・軟骨細胞の小胞輸送に及ぼす役割。 (2017)
  • Author(s): 星島光博、服部高子、青山絵理子、西田 崇、田中智代、久保田聡、上岡 寛、滝川正春
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 第40回日本分子生物学会 第90回日本生化学会大会
• [Presentation] 軟骨組織におけるメラトニン合成とその受容体発現は概日リズムを持ち、軟骨細胞の代謝に影響を及ぼす。 (2017)
  • Author(s): 服部高子、Shanqi Fu、桑原実穂、内田瑶子、近藤 星、林 大智、下村 侑司、高垣安紗美、西田 崇、丸山 雄介、池亀 美華、服部 淳彦、久保田聡
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会 第40回日本分子生物学会 第90回日本生化学会大会
• [Remarks] 岡山大学歯学部口腔生化学
  • URL: www.okayama-u.ac.jp/user/seika/index.html