2019 Fiscal Year Research-status Report
顎口腔系における力学刺激下での運動器制御機構の解明
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18K17014
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
小野 岳人 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 助教 (40772471)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 運動器科学 / 咀嚼 / 骨 / 筋 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
咀嚼機能の低下は筋量と顎骨の骨密度の両方を低下させ、咀嚼機能の増強は筋量を増加させるとともに骨形態にも影響することが知られている。しかし、運動刺激に応答して骨と筋の組織の量や強度の制御を同調させるメカニズムは不明である。骨と筋の調律に関わる分子を探索する上で、運動器を構成する細胞の遺伝子発現プロファイルは重要な情報である。
前年度、骨細胞様細胞株の伸展培養系の確立に取り組み、前培養や伸展に際して剥離しない培養条件が確立できた。本年度はその実験系を用いて、力学刺激下の骨細胞における遺伝子発現の経時的解析を行った。発現変動を示した遺伝子を公共のデータベースに照らし合わせ、骨や筋に特徴的な遺伝子を抽出した。抽出された遺伝子の運動器における作用を明らかにするために、培養骨芽細胞/破骨細胞/筋細胞を用いたin vitroの検討を行った。さらに、候補遺伝子の遺伝子改変マウスを作出し、in vivoの検討を行った。顎口腔系の解析に先立ち、まずはより大きな四肢の筋と骨の解析を行った。また、運動機能の解析も行った。
また、筋や骨の人為的な制御法として、筋と骨の両方を強化する薬物のin vitroのドラッグスクリーニングを行い、複数の候補化合物を得た。そのうちの一種類について経口投与を行い、in vivoにおいても筋と骨の両方を強化することを見出した。培養細胞を用いてこの化合物の作用機序の解析にも着手した。
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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
本研究課題は咀嚼強化モデルマウスの解析、伸展培養した運動器構成細胞の解析を通じて力学刺激応答性の運動器制御因子を解明することを目的としている。昨年度までに咀嚼強化モデルマウスの作出を行い、顎骨リモデリングにおけるIGF-1の重要性を示すことが出来た。また、骨細胞様細胞株の伸展培養系を確立できた。
本年度はその実験系を用いて、力学刺激下の骨細胞における遺伝子発現の経時的解析を行った。力学刺激下で発現変動する遺伝子として、Osteocyte–derived mechanoresponding factor 1 (Odmf1) に着目した。この遺伝子は力学刺激に伴い経時的に発現上昇を示した。公共のデータベースに参照したところ、骨と筋に特徴的な発現パターンであった。リコンビナントODMF1を培養骨芽細胞に添加したところ分化が亢進し、破骨細胞分化系に添加したところ分化の抑制を認めた。また、筋細胞分化系に添加したところ筋萎縮に関わる遺伝子の発現抑制傾向を認めた。そこで、Odmf1のfloxマウスを作出し、骨細胞特異的遺伝子改変マウスを解析した。
筋と骨の両方を強化する薬物を創出するために、筋細胞、骨芽細胞、破骨細胞の分化系を用いたケミカルライブラリのハイスループットスクリーニングを実施した。その結果筋細胞分化と骨芽細胞分化の両方を促進し破骨細胞分化を抑制する化合物を複数見出した。うち一種類について経口投与を行い、in vivoにおいても筋と骨の両方を強化することを確認した。この化合物の結合タンパク質の解析により得られた結合標的候補分子のノックアウト細胞の作製・解析に着手した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度までの研究成果を踏まえ、Odmf1の骨細胞特異的遺伝子改変マウスの解析を継続して行う。また、骨芽細胞や筋細胞での発現も認めるので、Odmf1のfloxマウスと交配するCreマウスの組み合わせを変更し、骨芽細胞や筋細胞特異的Odmf1欠損マウスを作出・解析する。筋については重量や筋線維幅径の計測、遺伝子発現解析、および運動機能の解析を行う。骨についてはマイクロCT解析と骨形態計測、遺伝子発現解析により、in vivoの骨形成と骨吸収を評価する。また、必要に応じて病態モデルの解析も行う。Odmf1以外の分子についても引き続き検討を行い、ノックアウトマウスの作出と解析を行う。
筋と骨の両方を強化する薬物については、現在作用機序の解析を行っている化合物についてはノックアウト細胞を用いて作用機序を解明する。また、製剤化を視野に、経口以外の投与ルートも検討する。残りの化合物については、まずはin vivoの投与による組織移行性や副作用の有無を確認する。その後に筋や骨の評価を行う。
以上により、運動刺激に応答して骨と筋の組織の量や強度の制御を同調させる分子を明らかにし、そのメカニズムを解明する。さらに、骨と筋の両方を強化する薬物を探索、メカニズムを解明し骨粗鬆症、サルコペニア、オーラルフレイルといった筋骨格系疾患の新規治療法の分子基盤を確立する。本研究成果は超高齢社会を迎えた我が国において、医学的・社会的に大きく貢献することが期待できる。
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