膜貫通型分子Enpp1を介した正所性カルシウム沈着と老化制御

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H02930
• Research Institution: Keio University
• Principal Investigator: 宮本 健史 慶應義塾大学, 医学部(信濃町), 特任准教授 (70383768)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 整形外科

Outline of Annual Research Achievements

骨粗鬆症の骨密度低下等により骨の脆弱性が増大し、骨折のリスクが増大する疾患と定義される。この骨密度低下の最も大きなリスクとして、女性における閉経と、男女共加齢が挙げられる。閉経は骨吸収細胞である破骨細胞の活性上昇により、骨量が減ることが知られている。一方、加齢による骨密度減少のメカニズムの詳細は明らかではなかった。申請者は１回膜貫通型分子Enpp1 (ectonucleotide pyrophosphatase/phosphodiesterase 1)に着目し、Enpp1の機能不全型自然変異マウスであるttw (tip toe walk)マウスの解析を行い、ttwマウスではリン代謝の恒常性維持機構の破綻からカルシウムの異所性沈着をきたし、その結果、骨からはカルシウムが失われ骨量が減少することを明らかにした。また、特にリン負荷においてttwマウスがこの骨粗鬆症以外にも寿命の短縮や、動脈硬化等の様々な老化所見を呈することを認めている。しかし、このEnpp1がどの臓器で全身的なリンやカルシウムのホメオスターシス、さらには老化を制御するのかは明らかではない。そこで、Enpp1 floxマウスを作成し、Enpp1によるリンやカルシウム代謝および老化を制御する責任臓器を同定し、その制御機構を明らかにすることとした。Enpp1 floxマウスの樹立を行い、全身的にCreを発現するCAG Creマウスと交配し、CAG Cre/Enpp1-flox/flox (Enpp1 cKO)マウスを作成したところ、ttwマウス同様の表現型を呈したことからEnpp1 floxマウスの作出に成功した。さらに、Enpp1の転写制御領域の下流において、Enpp1のスタートコドンからin frameでノックインするレポーターマウスの樹立を行い、すでに産仔を得ている。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

これまでのttwマウスの解析から、Enpp1が全身的なカルシウム・リン代謝、さらには老化を制御することを明らかにしている。これらのことを受けて、Enpp1を発現し、Enpp1を介したこれらの制御を行う責任臓器を同定するため、Enpp1 floxマウスの作出に成功している。全身的にEnpp1を欠損するEnpp1 cKOマウスの解析からは、ttwマウスと同様の表現型を呈することを見出しており、Enpp1 floxマウスの樹立している。そこで、Enpp1の臓器特異的なコンディショナルノックアウトマウスを作成するため、様々な臓器特異的Creマウスとの交配を進めている。これまでのttwマウスの解析から、Enpp1の機能不全により骨細胞で産生されるFGF23の血中濃度の異常を来すことを見出しており、骨細胞およびその上流である骨芽細胞においてEnpp1を欠損させる組織特異的Enpp1欠損マウスの作出を進め、当該マウスの作出がほぼ完了している。また、同様にttwマウスの解析から、Enpp1の機能不全により腎臓におけるビタミンDの活性化調節機構の破綻を来すことを見出していることから、腎臓特異的にEnpp1を欠損するマウスの作出を進め、こちらもすでにCreマウスの入手から交配が進行している。また、Enpp1の発現を生体マウスでリアルタイムに観察するためのEnpp1レポーターマウスの作出を行い、すでに相同組み替えから仮親への移植を終え、産仔を得ている。このように、予定していた組織特異的Enpp1欠損マウスの作出およびEnpp1レポーターマウスの樹立が進行しており、おおむね順調に進展していると判断している。

Strategy for Future Research Activity

今後は、現在進めている臓器特異的Enpp1コンディショナルノックアウトマウスの作出を完了させ、各々の系統において、リン負荷等におけるカルシウム・リン代謝の異常や老化の進行、血中FGF23や活性型ビタミンD等の解析を行う。これらの解析によりttwマウスやEnpp1 cKOマウスと同様の表現型を呈する臓器特異的Enpp1コンディショナルノックアウトマウスを同定し、Enpp1を発現し、Enpp1を介したカルシウム・リン代謝および老化を制御する責任臓器を決定する。また、Enpp1レポーターマウスにおいても、マウスの作出が確認出来次第、リン負荷等においてEnpp1を強く発現する臓器をin vivo imaging等で決定する。これらの解析により、Enpp1を介して全身的なカルシウム・リン代謝や加齢の恒常性を制御する臓器を決定したのちは、その臓器におけるEnpp1を発現する責任細胞を決定し、当該細胞のin vitro等の解析から、Enpp1を介したカルシウムやリン代謝、老化の制御機構の解明を進める。さらに、Enpp1の抗体作成も進め、膜貫通型タンパク質であるEnpp1の可溶型タンパク質の有無等を計測するシステムの樹立を進める予定である。

Research Products

• [Journal Article] Potential involvement of semaphorin 3A in maintaining intervertebral disc tissue homeostasis (2019)
  • Author(s): Mima Y, Suzuki S, Fujii T, Morikawa T, Tamaki S, Takubo K, Shimoda M, Miyamoto T, Watanabe K, Matsumoto M, Nakamura M, Fujita N.
  • Journal Title: J Orthop Res Volume: 37 Pages: 972-980
  • DOI: 10.1002/jor.24258
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cooperation of PU.1 With IRF8 and NFATc1 Defines Chromatin Landscapes During RANKL-Induced Osteoclastogenesis (2019)
  • Author(s): Izawa N, Kurotaki D, Nomura S, Fujita T, Omata Y, Yasui T, Hirose J, Matsumoto T, Saito T, Kadono Y, Okada H, Miyamoto T, Tamura T, Aburatani H, Tanaka S.
  • Journal Title: J Bone Miner Res Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1002/jbmr.3689
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Insulin-like growth factor-I is required to maintain muscle volume in adult mice. (2019)
  • Author(s): Nakamura S, Sato Y, Kobayashi T, Oike T, Kaneko Y, Miyamoto K, Funayama A, Oya A, Nishiwaki T, Matsumoto M, Nakamura M, Kanaji A, Miyamoto T.
  • Journal Title: J Bone Miner Metab Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1007/s00774-018-0964-6
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elevated Creatine Kinase and Lactic Acid Dehydrogenase and Decreased Osteocalcin and Uncarboxylated Osteocalcin are Associated with Bone Stress Injuries in Young Female Athletes (2018)
  • Author(s): Miyamoto T, Oguma Y, Sato Y, Kobayashi T, Ito E, Tani M, Miyamoto K, Nishiwaki Y, Ishida H, Otani T, Matsumoto H, Matsumoto M, Nakamura M.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 8 Pages: 18019
  • DOI: 10.1038/s41598-018-36982-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] IL-6, IL-17 and Stat3 are required for auto-inflammatory syndrome development in mouse. (2018)
  • Author(s): Oike T, Kanagawa H, Sato Y, Kobayashi T, Nakatsukasa H, Miyamoto K, Nakamura S, Kaneko Y, Kobayashi S, Harato K, Yoshimura A, Iwakura Y, Takeuchi T, Matsumoto M, Nakamura M, Niki Y, Miyamoto T.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 8 Pages: 15783
  • DOI: 10.1038/s41598-018-34173-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Metabolite profiling of plasma in patients with ossification of the posterior longitudinal ligament. (2018)
  • Author(s): Tsuji T, Matsumoto M, Nakamura M, Miyamoto T, Yagi M, Fujita N, Okada E, Nagoshi N, Tsuji O, Watanabe K.
  • Journal Title: J Orthop Sci Volume: 23 Pages: 878-883
  • DOI: 10.1016/j.jos.2018.07.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Combinatorial CRISPR/Cas9 Approach to Elucidate a Far-Upstream Enhancer Complex for Tissue-Specific Sox9 Expression. (2018)
  • Author(s): Mochizuki Y, Chiba T, Kataoka K, Yamashita S, Sato T, Kato T, Takahashi K, Miyamoto T, Kitazawa M, Hatta T, Natsume T, Takai S, Asahara H.
  • Journal Title: Dev Cell Volume: 46 Pages: 794-806
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2018.07.024
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 is required to inhibit foreign body giant cell formation and activate osteoclasts under inflammatory and infectious conditions. (2018)
  • Author(s): Oya A, Katsuyama E, Morita M, Sato Y, Kobayashi T, Miyamoto K, Nishiwaki T, Funayama A, Fujita Y, Kobayashi T, Matsumoto M, Nakamura M, Kanaji A, Miyamoto T.
  • Journal Title: J Bone Miner Metab Volume: 36 Pages: 679-690
  • DOI: 10.1007/s00774-017-0890-z
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolomics-based profiles predictive of low bone mass in menopausal women. (2018)
  • Author(s): Miyamoto T, Hirayama A, Sato Y, Koboyashi T, Katsuyama E, Kanagawa H, Fujie A, Morita M, Watanabe R, Tando T, Miyamoto K, Tsuji T, Funayama A, Soga T, Tomita M, Nakamura M, Matsumoto M.
  • Journal Title: Bone Rep Volume: 9 Pages: 11-18
  • DOI: 10.1016/j.bonr.2018.06.004. eCollection 2018 Dec
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] OC-STAMP promotes osteoclast fusion for pathogenic bone resorption in periodontitis via up-regulation of permissive fusogen CD9. (2018)
  • Author(s): Ishii T, Ruiz-Torruella M, Ikeda A, Shindo S, Movila A, Mawardi H, Albassam A, Kayal RA, Al-Dharrab AA, Egashira K, Wisitrasameewong W, Yamamoto K, Mira AI, Sueishi K, Han X, Taubman MA, Miyamoto T, Kawai T.
  • Journal Title: FASEB J Volume: 32 Pages: 4016-4030
  • DOI: 10.1096/fj.201701424R
• [Journal Article] TET2-dependent IL-6 induction mediated by the tumor microenvironment promotes tumor metastasis in osteosarcoma (2018)
  • Author(s): Itoh H, Kadomatsu T, Tanoue H, Yugami M, Miyata K, Endo M, Morinaga J, Kobayashi E, Miyamoto T, Kurahashi R, Terada K, Mizuta H, Oike Y.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 37 Pages: 2903-2920
  • DOI: 10.1038/s41388-018-0160-0
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 骨粗鬆症と骨代謝 (2018)
  • Author(s): 宮本健史
  • Organizer: 第２２回顎顔面インプラント学会総会・学術集会
  • Invited
• [Presentation] 炎症性疾患による関節破壊機序と治療標的 (2018)
  • Author(s): 宮本健史、尾池崇嗣、松本守雄、中村雅也
  • Organizer: 第３３回日本整形外科学会基礎学術総会
• [Presentation] 靭帯骨化症の発症機序と治療戦略 (2018)
  • Author(s): 宮本健史、渡辺隆一、松本守雄、中村雅也
  • Organizer: 第３３回日本整形外科学会基礎学術総会
• [Presentation] 骨粗鬆症の基礎と臨床 (2018)
  • Author(s): 宮本健史
  • Organizer: 歯科基礎医学会
  • Invited
• [Presentation] Pathophysiological Regulation of Bone Homeostasis (2018)
  • Author(s): Takeshi Miyamoto
  • Organizer: 51th Bone Biology Forum
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 骨粗鬆症の基礎と臨床 (2018)
  • Author(s): 宮本健史
  • Organizer: 第４回日本骨免疫学会
  • Invited
• [Presentation] 骨粗鬆症の病態の理解に基づく治療法の選択 (2018)
  • Author(s): 宮本健史
  • Organizer: 第３８回日本骨形態計測学会
  • Invited