The study for ATP biosynthesis in skeletal development and skeletal disorders

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02922
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 秋山 治彦 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (60402830)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 河村 真吾 岐阜大学, 医学部附属病院, 助教 (30456511)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ミトコンドリア / 骨軟骨形成 / 嫌気性代謝

Outline of Annual Research Achievements

骨格形成における好気性ATP生合成経路の機能解明のため、Tfam遺伝子をマウス胎生期四肢骨格形成段階の未分化間葉系細胞特異的に欠失させたコンディショナルノックアウトマウスを作成した。このマウスは生後数日で骨折の自然発生を認める骨脆弱性モデルであった。次世代シークエンサー解析、プロテオミクス解析から、１型コラーゲン及びオステオカルシンの発現低下及び力学的強度の低下を認めた。in vitroの解析からもミトコンドリアATP阻害剤は骨芽細胞の骨特異的マーカー遺伝子の発現低下をきたした。一方、骨格形成における嫌気性ATP生合成経路の機能解明のため、乳酸脱水素酵素A(LDHA)コンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスを作成したところ、骨折など骨での表現系を認めなかった。これらの結果から、骨格形成、特に骨形成過程においては、ミトコンドリアにおける好気性ATP生合成経路が必須であることが明らかになった。恒常活性型AMPKコンディショナルトランスジェニックマウスの作製し、骨芽細胞特異的にATP生合成を亢進させたマウスを作製したが、骨の表現系は認めなかった。次に、内軟骨骨形成の過程において成長軟骨板を精査した。Tfam遺伝子コンディショナルノックアウトマウスでは、軟骨細胞の増殖の低下など軽微な表現系を認めるのみであったが、一方、乳酸脱水素酵素A(LDHA)コンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスでは長管骨の著明な変形を認めたことから、内軟骨骨形成にはLDHAによる嫌気性ATP生合成経路が必須であることが明らかになった。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。