Mechanism for suppression of osteoclastic bone resorption by mechanical stress in bone

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03991
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 59010:Rehabilitation science-related
• Research Institution: National Rehabilitation Center for Persons with Disabilities
• Principal Investigator: Masahiro Shinonara 国立障害者リハビリテーションセンター(研究所), 研究所 運動機能系障害研究部, 研究室長 (60345733)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中浜 健一 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 准教授 (60281515)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 不動性骨粗しょう症 / 骨代謝 / 破骨細胞 / GPCR / シアストレス

Outline of Final Research Achievements

Disuse osteoporosis is a disease with bone loss due to skeletal unloading or systemic immobilization. It has been reported that the bone loss is induced by an enhanced bone resorption by bone-resorbing osteoclasts, which is triggered by osteoclast differentiation factor RANKL production in osteocytes, mechano-sensing cells in bone. Previously we found that mechanical reloading to the disuse osteoporosis model mice suppressed osteoclastic bone resorption independently of RANKL production in osteocytes, suggesting unknown regulatory mechanism(s) of osteoclasts by the mechanical loading of the bone. Therefore, we explored this mechanism at cellular and molecular levels, and revealed that fluid shear stress (FSS) of interstitial fluid in the bone induces apoptosis and also identified a key molecule of FSS-mediated apoptosis of osteoclasts.

Free Research Field

細胞生物学、骨代謝学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

骨組織の恒常性維持には様々な組織・臓器による制御に加え、骨組織に対する力学的荷重刺激による制御が非常に重要である。骨組織では常に古い骨は破骨細胞によって吸収され、新しい骨が骨芽細胞によって形成されている。この吸収と形成のバランスが保たれることにより正常な骨組織が維持されるが、寝たきりや車椅子使用など障害者の身体不活動時のような骨組織に力学的荷重刺激がかからない環境ではバランスが吸収に傾き、骨量が低下して骨粗しょう症を発症する。本研究成果は力学的荷重による骨吸収のメカニズム解明に貢献し、将来的な破骨細胞を標的とする骨粗しょう症の新たな治療法の確立につながることが期待される。