2019 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of physiological and pathological function of membrane-bound and soluble RANKL
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18H02919
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
岡本 一男 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 特任准教授 (00436643)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 骨代謝 / サイトカイン / RANKL / 破骨細胞 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨の恒常性は骨芽細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収のバランスによって維持される。破骨細胞分化の必須サイトカインであるRANKLは膜型として発現する他、細胞外領域で切断され可溶型タンパク質として産生されることが知られている。しかし膜型・可溶型のそれぞれの生理的意義は多くが不明である。またRANKLは免疫組織形成や乳腺成熟、がんなど多岐に亘る生体制御機能を有するが、いずれにおいても膜型と可溶型の寄与については不明である。そこで本課題ではゲノム編集技術による遺伝子変異マウスの解析を通じて、膜型RANKLおよび可溶型RANKLの生体制御能の解明を目指す。本年度では、可溶型RANKLが産生されないマウス (RANKLΔS)の免疫組織形成および乳腺成熟の解析を行った。RANKLΔSマウスでは胸腺髄質上皮細胞の分化、リンパ節の形成、妊娠時の乳腺成熟に異常はなかった。RANKLΔSマウスは骨代謝にも異常がないことから(前年度の研究成果)、以上より可溶型RANKLは骨代謝や免疫系、乳腺形成といった生理的機能に必須ではないことが明らかとなった。また閉経後骨粗鬆症のマウスモデルである卵巣摘出モデルを実施したが、RANKLΔSマウスでも野生型と同程度の骨量減少が認められたため、エストロゲン欠乏による骨粗鬆症化においても可溶型RANKLの寄与は低いと示された。一方、マウスの悪性黒色腫ならびに乳がん細胞株を用いたがん骨転移モデルにおいては、RANKLΔSマウスでは有意にがんの骨転移が抑えられることを見出した。可溶型RANKLは腫瘍細胞上のRANKに直接作用することで、骨組織への細胞走化性を高め、骨転移を促進することを明らかにした。従って可溶型RANKLは骨転移を予測できる血中バイオマーカーとして有用であることを示すことができた (Asano et al, Nat Metab, 2019)。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
RANKLΔSマウスとRANKLΔMマウスにおける骨代謝、胸腺上皮細胞の分化、リンパ節形成、乳腺成熟、乳腺上皮細胞の分化を解析し、組織発生における膜型RANKLと可溶型RANKLの役割を検討してきた。特にRANKLΔSマウスについては、生理的条件下での表現型解析が全て完了し、骨代謝や免疫組織形成、乳腺成熟といったRANKLの生理機能には可溶型は必須ではなく、膜結合型が中心に働いていることを実証することができた。破骨細胞分化には膜型RANKLと可溶型RANKLのどちらが大事なのか、という骨代謝領域の長年の問いに答えを導き出すことができた。また可溶型RANKLは閉経後骨粗鬆症や歯周病による歯槽骨破壊(Tsukasaki et al, Nat Commun, 2018)にも必要ではない。しかし可溶型RANKLは腫瘍細胞に直接作用して、骨への走化性を促して骨転移を誘導することを見出し、可溶型RANKLは骨転移の病態にだけ関わるという意外な結果が得られた。以上の研究成果は研究代表者がCorresponding authorの一人としてNature Metabolismに報告した (Asano et al, Nat Metab, 2019)。また、関節リウマチモデルを実施するために、発症率の高いDBA1背景のRANKLΔS、RANKLΔMマウスの作製も進めており、関節リウマチモデルの解析も可能な状態となっている。以上より、最終年度の研究計画も着実に遂行することができると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
RANKLΔMマウスにおける骨代謝、胸腺上皮細胞の分化、リンパ節形成、乳腺成熟を解析し、生理的条件化での膜型RANKLの重要性を明らかにする。すでに、野生型と異なる表現型を示すという予備的知見が得られており、組織学的解析やフローサイトメトリーなど、細胞レベルでより詳細な解析を進めていく予定である。特に骨代謝に関しては発生・成長段階に応じて骨表現型が変化する可能性も加味し、異なる週齢での解析も実施する。またDBA1背景のRANKLΔSマウス、ならびにRANKLΔMマウスを用いて、関節リウマチモデルであるコラーゲン誘導性関節炎モデルと抗コラーゲン抗体誘導性関節炎を実施し、炎症性骨破壊における可溶型RANKLおよび膜型RANKLの関与の違いを検討する。特に関節部の骨びらんだけでなく、傍関節骨粗鬆症や全身性の骨粗鬆症化にも着目し、関節リウマチで誘導される様々な骨減少が膜型・可溶型のどういう使い分けで誘導されるのか、検討する。具体的には、踵関節部の腫脹及び血清中サイトカイン、免疫細胞を対象にした炎症評価と、関節部骨びらん形成及び傍関節の骨粗鬆症を評価する。
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