2018 Fiscal Year Research-status Report
Roles of Bone Morphogenetic Protein 2 in postnatal meniscus homeostasis
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18K09056
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
古賀 英之 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (30594080)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
辻 邦和 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 寄附講座准教授 (20323694)
関矢 一郎 東京医科歯科大学, 統合研究機構, 教授 (10345291)
宗田 大 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 非常勤講師 (50190864)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 半月板 / 骨形成因子 / BMP / 円板状半月板 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半月板は関節機能の維持に必須の組織であるにも関わらず、その形成、成熟、恒常性の分子機序はほとんど解析されていない。私たちのこれまでの研究から、骨形成因子(BMP, Bone Morphogenetic Protein)ファミリーに属する分子BMP2を半月板形成期に欠失させると半月板形成に異常をきたすことを明らかとしている(Tsuji et al, Nature Genetics, 2006)。そこで本研究では、半月板におけるBMP2の情報伝達経路を詳細に解析し、その形態形成、成熟、恒常性及び損傷後修復のプロセスにおける分子機能を明らかとすることを目的とする。私たちは、発生過程における関節形成初期に、四肢の間葉組織特異的に骨形成因子BMP2を欠損させる(Bmp2c/c;Prx1::cre)と、100%の確率でヒトの円板状半月板に類似した形態異常が観察されることを示した。今回、詳細にBMP2欠損マウスにおける半月板組織の形成過程を組織学的に観察したところ、軟骨分化（成熟）のプロセスがほぼ完全に阻害されることを発見した。すなわち、これら欠損マウスでは胎生17日前後に半月板の予定領域に細胞の集積が観察されるが、それらは軟骨細胞への分化が観察されず、細胞外基質へのプロテオグリカンの蓄積も観察されなかった。また、半月板組織における軟骨細胞分化、骨髄腔の形成（齧歯類はヒトと異なり、成熟半月板の前節部に骨髄腔が形成される）、軟骨基質の蓄積は、15週齢においても観察されなかった。以上の結果は、一時的にせよ軟骨分化が観察される関節軟骨領域とは完全に異なった表原型を示している。以上の結果は、半月板形成過程においてBMP2が必須の生理機能を有すること、形態的にはヒトの円板状半月と類似しているが、ヒトの病態とは異なることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度において、四肢の間葉組織特異的に骨形成因子BMP2を欠損させたマウス(Bmp2c/c;Prx1::cre)の半月板形成過程を、継時的に、組織学的に観察を行なった。その結果、半月板の予定領域への細胞の集積は正常に起こるが、半月板組織への分化過程にBMP2活性が重要であることを示すことができた。生後15週においても半月板領域への軟骨基質の蓄積は観察されなかったことからこの過程においてBMP2活性は必要不可欠であると考えられる。以上の進捗より、上記の区分とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は主に以下の２点に関して検討を行う。
（１）半月板形成過程におけるBMP2及びその受容体分子(Alk3, Alk6, BmpRII, ActRIIa, ActRIIb)の時空間的発現解析。BMP2欠損マウスにおいて観察された半月板の形態異常の機序を解析するにあたって、半月板形成過程においてどの時期にどの場所でBMP2及びその受容体が発現しており、どの細胞がシグナルを受け取っているかを同定することは非常に重要である。この考えから、野生型マウスの膝関節を用いて、胎生15.5, 16.5, 18.5, 生後0, 1, 2, 3, 4週の半月板領域におけるこれらリガンド、受容体分子の発現をIn Situ Hybridization法を用いて解析を行う。また、BMP2シグナルを受け取っている細胞の同定はSmad1分子のリン酸化抗体を用いた免疫組織染色法を用いる。
（２）半月板形成（成熟）過程においてBMP2により制御される標的遺伝子の同定。BMP2による半月板形成の分子機序を解析するため、胎生15.5, 16.5, 18.5, 生後0, 1, 2, 3, 4週の野生型及びBMP2欠損マウスの半月板からLaser Capture Microdissection法を用いて組織を回収し、そこからRNAの採取を行う。Microarray法を用いて、野生型とBMP2マウスの間で発現量の異なる遺伝子の同定を行う。さらにその中から重要と思われる遺伝子のピックアップを行い、項目1と同様の実験を行なって、半月板の形成過程における遺伝子発現のカスケードの解析を行う。
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| Causes of Carryover |
トランスジェニックマウスの維持にかかる費用が見込みよりも少額になったことが理由の一つである。交配がうまく行かずマウス頭数が伸び悩んだため、ケージ維持費用が比較的抑えられた。本年度は、マウスコロニーを増やし、よりスピーディーに解析できるように心がける。
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[Journal Article] Time course analyses of structural changes in the infrapatellar fat pad and synovial membrane during inflammation-induced persistent pain development in rat knee joint.2019
Author(s)
Inomata K, Tsuji K, Onuma H, Hoshino T, Udo M, Akiyama M, Nakagawa Y, Katagiri H, Miyatake K, Sekiya I, Muneta T, Koga H.
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Journal Title
BMC Musculoskelet Disord.
Volume: 20
Pages: 8
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Persistent synovial inflammation plays important roles in persistent pain development in the rat knee before cartilage degradation reaches the subchondral bone.2018
Author(s)
Hoshino T, Tsuji K, Onuma H, Udo M, Ueki H, Akiyama M, Abula K, Katagiri H, Miyatake K, Watanabe T, Sekiya I, Koga H, Muneta T.
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Journal Title
BMC Musculoskelet Disord.
Volume: 19
Pages: 291
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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