骨形成メカニズムとしてのニッチの分子的解明と治療への応用基盤の先端ナノサイエンス

2007 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18109011
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 野田 政樹 Tokyo Medical and Dental University, 難治疾患研究所, 教授 (50231725)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 江面 陽一 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (50333456) ; 早田 匡芳 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教 (40420252)
• Keywords: 骨形成 / ニッチ / 副甲状腺ホルモン / 骨芽細胞 / 破骨細胞 / オステオポンチン / siRNA

Research Abstract

骨形成のメカニズムとしてのニッチには、骨髄細胞並びに内骨膜の中に存在する骨芽細胞の前駆細胞が存在することが推察されているが、その実態や制御のメカニズムは不明である。本年、副甲状腺ホルモン受容体の構成的活性化変異を持つヒトH223R型の変異蛋白を骨芽細胞特異的にI型コラーゲンのプロモーターによって強制発現したマウスを用い、そのニッチにおける分子としての機能が推察されているオステオポンチンの役割を検討した。骨髄の細胞の形態学的な観察により、通常は造血系の単核のヘマトキシリン好性の細胞の存在する骨髄は、副甲状腺ホルモン受容体の活性型変異のマウス(PPRtg)においては間質細胞が優勢となる。一方、オステオポンチンの欠失が起こるとこの細胞は更にその増加がみられ、その結果アルカリフォスファターゼ陽性の多数の細胞群が骨髄内に増加した。三次元マイクロCTを用いた海綿骨の骨量の解析の結果、PPRtgによって増加するBV/TVは顕著に増加するが、OPNの欠失状態では、その増加は「更に」促進された。骨形成マーカーである骨形成率あるいは石灰化速度更には骨形成表面のいずれのパラメーターもPPRtgによって増加すると共にまた、骨形成速度についてPPRtgとOPN欠失の両条件の共存の際に更に高いレベルの亢進が観察された。全身性のアルカリフォスファターゼの血中レベル更にはオステオカルシン血中レベルもこれに対応し、PPRtgによる増加に加え、OPNの欠失により、高いレベルの増加が見られ、このことから全身性の骨形成の亢進が顕著であることが明らかになった。このことは骨髄細胞を培養し石灰化させた場合にも更に著明に認められ、即ち骨髄内に存在する骨芽細胞の前駆細胞は、生体外に取り出し培養した場合に起こる石灰化結節の形成がPPRtgにより促進されるばかりでなく、オステオポンチンの欠失により細胞のautonomousな機能として抑制が外れることにより、顕著な促進を起こすことが明らかとなった。これに対してMTTアッセイの如く、細胞の増殖に対してはこれらの変化は見られないことから、分化に特異的な作用であることが推察された。両者の作用は同時にまた破骨細胞においても見られ、PPRtgによって増加する破骨細胞数はOPNの欠失により更に増加した。このような破骨細胞の形成そのものはin vitroの培養条件では明確な差が認められず、cell autonomousというよりは細胞環境によるものであることが推察された。転写レベルの活性の制御の検討によれば、CREのシグナルに対するPPRの作用の有無によらず、OPNに対するsiRNAの機能は明確に見られた。この条件下でMC3T3を用いた実験により、オステオポンチンシグナルとPPRシグナルが転写レベルで相互作用することが明らかになった。以上の結果から全身性の制御におけるオステオポンチンのニッチにおける分子としての役割が明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Osteopontin Negatively Regulates parathyroid hormone receptor signaling in osteoblasts (2008)
  • Author(s): Ono N, Nakashima K, Rittling S. R., Schipani E., Hayata T, Ezura Y., Soma K., Denhardt D.T., Kronenberg H.M., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression and tyrosine phosphorylation of Crk associated substrate lymphocyte type(Cas-L)protein in human neutrophils. (2008)
  • Author(s): Nakamoto T., Seo S., Sakai R., Kato T, Kutsuna H., Kurokawa M., Noda M., Miyasaka N., Kitagawa S.
  • Journal Title: Journal of Cellular Biochemistry (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Osteoporotic bone formation in mice lacking tob2; involvement of Tob2 in RANK ligand expression and osteoclasts differentiation. (2008)
  • Author(s): Ajima R, Akiyama T, Usui M, Yoneda M, Ybshida Y, Nakamura T., Minowa O, Noda M, Tanaka S, Noda T, Yamamoto T.
  • Journal Title: FEBS Lett. 582(9) Pages: 1313-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] OPN deficiency suppresses appearance of odontoclastic cells and resorption of the tooth root induced by experimental force application. (2008)
  • Author(s): Chung C.J.; Soma K, Rittling S.R., Denhardt D.T., HayataT., Nakashima K., Ezura Y., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Cellular Physiology 214 Pages: 614-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of the klotho protein in dentin formation and mineralization. (2008)
  • Author(s): Suzuki H., Amizuka N., Oda K., Noda M., Ohshima H., Maeda T.
  • Journal Title: Anatomical Record 291 Pages: 183-190
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Histological and elemental analyses of impaired bone mineralization in klotho-deficient mice. (2008)
  • Author(s): Suzuki H., Amizuka N., Oda K., Noda M., Ohshima H., Maeda T.
  • Journal Title: J Anat. 212 Pages: 275-285
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ciz, a transcription factor with a nucleocy toplasmic shuttling activity, interacts with C-propeptides of type I collagen (2008)
  • Author(s): Hayata T, Nakamoto T, Ezura Y., Noda M.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications. 368 Pages: 205-210
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transient Receptor Potential Vanilloid 4 Deficiency Suppresses Unloadin g-Induced Bone Loss. (2008)
  • Author(s): Mizoguchi F., Mizuno A., Hayata T., Nakashima K., Heller S., Ushida T, Sokabe M., Miyasaka N., Suzuki M., Ezura Y., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Cellular Physiology. 216 Pages: 47-53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] JunD suppresses bone formation and contributes to low bone massinduced by estrogen depletion. (2008)
  • Author(s): Kawamata A., Izu Y., Yokoyama H., Hayata T., Amagasa T., Wagner E.F., Nakashima K., Ezura Y., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Cellular Biochemistry. 103 Pages: 1037-1045
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PlexinD1 deficiency induces defects in axial skeletal morphogenesis. (2007)
  • Author(s): Kanda T., Yoshida Y., Izu Y, .Nifuji A., Ezura Y., Nakashima K., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Cellular Biochemistry 101 Pages: 1329-1337
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NF-kB p50 and p52 regulate RANKL and TNF-induced osteoclast precursor differentiation by activating c-Fos and NFATc1. (2007)
  • Author(s): Yamashita T., Yao Z., Li F., Zhang Q., Badell I.R., Schwarz E.M., Takeshita S., Wagner E.F., Noda M., Matsuo K., Xing L., Boyce B.F.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 282 Pages: 18245-53
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Constitutively active parathyroid hormone receptor signaling in cells in osteoblastic lineage suppresses mechanical unloading-induced bone resorption. (2007)
  • Author(s): Ono N., Nakashima K., Schipani E., Hayata T., Ezura Y., Soma K., Kronenberg H.M., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 282 Pages: 25509-16
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanogel-based delivery system enhances PGE(2) effects on bone formation. (2007)
  • Author(s): Kato N., Hasegawa U., Morimoto. N., Saita Y., Nakashima K., Ezura Y., Kurosawa H., Akiyoshi K., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Celluar Biochemistry 101 Pages: 1063-70
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ihh/Gli2 Signaling Promotes Osteoblast Differentiation by Regulating Runx2 Expression and Function. (2007)
  • Author(s): Shimoyama A., Wada M., Ikeda F., Hata K., Matsubara T., Nifuji A., Noda M, Amano K., Yamaguchi A., Nishimura R., Yoneda T.
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell 18 Pages: 2411-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cnot7 Null Mice Exhibit High Bone Mass Phenotype and Modulation of BMP Actions. (2007)
  • Author(s): Washio-Oikawa K., Nakamura T., Usui M.; Yoneda M., Ezura Y., Ishikawa I., Nakashima K., Noda T., Yamamoto T., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Bone Mineral Research 22 Pages: 1217-23
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Serum osteopontin, an enhancer of tumor metastasis to bone, promotes B16 melanoma cell migration. (2007)
  • Author(s): Hayashi C., Rittling S., Hayata T., Amagasa T., Denhardt D. T., Ezura Y., Nakashima K, Noda M.
  • Journal Title: Journal of Cellular Biochemistry. 101 Pages: 979-86
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Osteopontin deficiency enhances anabolic action of EP4 agonist at asub-optimal dose in bone. (2007)
  • Author(s): Kato N., Kitahara K., Rittling S.R., Nakashima K., Denhardt D.T., Kurosawa H., Ezura Y., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Endocrinology. 101 Pages: 979-86
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lack of schnurri-2 expression associates with reduced bone remodeling and osteopenia. (2007)
  • Author(s): Saita Y., Takagi T., Kitahara K., Usui M., Ezura Y., Nakashima K., Kurosawa H., Ishii S., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 282 Pages: 12907-15
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of a predictive gene expression signature of cervical lymph node metastasis in oral squamous cell cell carcinoma. (2007)
  • Author(s): Nguyen S.T., Hasegawa S., Tsuda H., Tomioka H., Ushijima M., Noda M., Omura K and Miki Y
  • Journal Title: Cancer Science 98 Pages: 740-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ED-71, a novel vitamin D analog, promotes bone formation and angiogenesis and inhibits bone resorption after bone marrow ablation (2007)
  • Author(s): Okuda N., Takeda S., Shinomiya K., Muneta T., Itoh S., Noda M., Asou Y.
  • Journal Title: Bone 40 Pages: 281-92
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Deficiency of CIZ, a nucleocytoplasmic shuttling protein, prevents unloading-induced bone loss through the enhancement of osteoblastic bone formation in vivo. (2007)
  • Author(s): Hino K., Nakamoto T., Nifuji A., Morinobu M., Ezura Y., Yamamoto H., Noda M.
  • Journal Title: Bone 40 Pages: 852-860
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Osteopontin is required for mechanical stress-dependent signals to bone marrow cells (2007)
  • Author(s): Ishijima M., Tsuji K., Rittling S.R., Yamashita T., Kurosawa H., Denhardt D.T., Nifuji A., Noda M.
  • Journal Title: Journal of Endocrinology 193 Pages: 235-43
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Scleraxis and NFATc regulate the expression of the pro-alphal (I) collagen gene in tendon fibroblasts. (2007)
  • Author(s): Lejard V., Brideau G., Blais F., Salingcarnboriboon R., Wagner G., Roehrl M.H., Noda M., Duprez D., Houillier P., Rossert J.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 282 Pages: 17665-75
  • Peer Reviewed
• [Presentation] SH3(Src homology 3)をコードするexon2を特異的にノックアウトしたマウス由来の繊維芽細胞を用いたアダプター分子Casの機能解析 (2007)
  • Author(s): 田崎達也、宮崎和子、檜山英三、中元哲也、堺隆一、山崎憲政、本田善一郎、野田政樹、宮坂信之、末田泰二郎、本田浩章
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生物学会 合同大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20071211-15
• [Presentation] 転写因子CIZの欠損はK/BxN血清移入関節炎を抑制する (2007)
  • Author(s): 中元哲也、溝口史高、伊豆弥生、早田匡芳、江面陽一、宮坂信之、野田政樹
  • Organizer: 第30回日本分子生物学会・第80回日本生物学会 合同大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 20071211-15
• [Presentation] Deficiency of CIZ suppresses serum-induced arthritis T. (2007)
  • Author(s): Nakamoto T., Mizoguchi F., Izu Y., Hayata T., Ezura Y., Miyasaka N., Noda M.
  • Organizer: The 47th Annual Meetinfg of American Society for Cell Biology
  • Place of Presentation: Washihgton, DC, U.S.A.
  • Year and Date: 20071201-05
• [Presentation] 機械的負荷の除去による骨吸収は骨芽細胞特異的な副甲状腺ホルモン受容体シグナルの活性化により抑制される (2007)
  • Author(s): 小野 法明、相馬 邦道、中島 和久、野田 政樹
  • Organizer: 第66回日本矯正歯科学会大会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 20070920-21
• [Presentation] Epigenetic Status Monitored by DNA Methylation in the 5'-flanking Regions of CpG-rich Promoters Are Stable During Chondrogenesis in Pellet Cultures of Pluripotent Human Mesenchymal Progenitor Cells (2007)
  • Author(s): Ezura Y., Sekiya I., Muneta T., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] Ciz, a Nucleo-cytoplasmic Shuttling Protein Interacts with Extracellular Matrix Proteins (2007)
  • Author(s): Hayata T., Nakamoto T., Ezura Y., Hirai H., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] Angiotensin II suppresses bone mass via AT1 receptor in Long Bones of Adult Mice (2007)
  • Author(s): Izu Y., Hayata T., Hemmi H., Nagata J., Ezura Y., Nakashima K., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] Comparative Analysis of Expression Profile in the Anatomically Separated Parts of Femurs Prepared from Unloading Induced Bone Loss Model of Tail-suspended Mice (2007)
  • Author(s): Nagata J., Ezura Y., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] Osteoclast Specific Ablation of Dicer Suppresses Bone Resorption and Increases Bone Mass (2007)
  • Author(s): Mizoguchi F., Nakamura T., Hayata T., Hemmi H., Ezura Y., Nakashima K., Miyasaka N., Harfe B., Kato S., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] Dok-1 and Dok-2 Deficiency Enhances Bone Resorption and Modulates the Geometry of Bone In Vivo (2007)
  • Author(s): Kawamata A., Inoue A., Ezura Y., Nakashima K., Amagasa T., Yamanashi Y., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] Responses of Bone in ANA Knock-out Mice to Ovariectomy (2007)
  • Author(s): Miyai K., Yoneda M., Mizoguchi F., Hayata T., Ezura Y., Nakashima K., Yamamoto T., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] β-adrenergic Signaling Requires Bone Matrix Protein OPN to Suppress Bone Formation and to Activate Bone Resorption (2007)
  • Author(s): Nagao M., Saita Y., Nagata J., Izu Y., Hayata T., Hemmi H., Ezura Y., Nakashima K., Kurosawa H., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] β2 Adrenergic Receptor Deficiency Enhances Bone Mass in by Antagoni zing Against Aging-induced Bone Loss and Blunts Anabolic Effects of PTH on Osteoblasts (2007)
  • Author(s): Hanyu R., Saita Y., Nagata J., Izu Y., Hayata T., Hemmi H., Takeda S., Ezura Y., Nakashima K., Kurosawa H., Noda M.
  • Organizer: The 29th Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii
  • Year and Date: 20070916-19
• [Presentation] アンギオテンシンII ype1、2受容体は骨芽細胞および破骨細胞に発現している (2007)
  • Author(s): 伊豆弥生、野田政樹
  • Organizer: 第25回日本骨代謝学会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 20070719-21
• [Presentation] 尾部懸垂マウス大腿骨における網羅的遺伝子の部位別発現の解析 (2007)
  • Author(s): 永田純史、江面陽一、野田政樹
  • Organizer: 第25回日本骨代謝学会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 20070719-21
• [Presentation] アドレナリンβ2受容体遺伝子欠損の高週齢(1年)マウスにおける影響の骨形態計測学的検討 (2007)
  • Author(s): 羽生亮、伊豆弥生、竹田秀、黒澤尚、野田政樹
  • Organizer: 第25回日本骨代謝学会
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 20070719-21
• [Presentation] TRPV4 is a mechanosensitive channel that mediates unloading-induced supression of bone formation and activation of bone resorption. (2007)
  • Author(s): Mizoguchi F., Mizuno A., Ezura Y., Nakashima K., Miyasaka N., Suzuki M., Noda M.
  • Organizer: The 17th Scientific Meeting International Bone & Mineral Society
  • Place of Presentation: Montreal, Canada
  • Year and Date: 20070624-29
• [Presentation] 疎本化多糖ナノゲルにようプルスタグランジンE2の局所徐放と骨形成能 (2007)
  • Author(s): 加藤紀彦、長谷川麗、黒澤尚、秋吉一成、野田政樹
  • Organizer: 第22回日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 浜松
  • Year and Date: 2007-10-26
• [Presentation] AP-1構成因子であるJunDは骨量増加を抑制する (2007)
  • Author(s): 川俣綾、天笠光雄、野田政樹
  • Organizer: 第27回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2007-06-01
• [Presentation] TRPV4は骨における機械受容チャネルとして、非荷重による骨形成低下と骨吸収更新を介した海綿骨減少に関与する (2007)
  • Author(s): 溝口史高、水野敦子、鈴木誠、野田政樹
  • Organizer: 第27回日本骨形態計測学会
  • Place of Presentation: 長崎
  • Year and Date: 2007-06-01