Regulation of bone regeneration by exosomes and sugar chains derived from mechanical stress highly reactive mesenchymal stem cells

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K07269
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: 池亀 美華 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (70282986)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡村 裕彦 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (20380024) ; 内部 健太 広島大学, 医系科学研究科(歯), 准教授 (20584618) [Withdrawn] ; 宝田 剛志 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (30377428) ; 江尻 貞一 朝日大学, 歯学部, 教授 (40160361) ; 河邊 憲司 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (60803856) [Withdrawn]
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 骨芽細胞 / 機械的刺激 / エクソソーム

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、メカニカルストレスに反応して骨芽細胞分化に寄与する組織内間葉系細胞の同定、それらの細胞から分泌されるエクソソームやその糖鎖の、メカニカルストレスによる変化、ならびに骨修復過程への関与を明らかにすることである。
これまでに骨縫合部器官培ならびに前骨芽細胞系細胞株、MC3T3-E1に伸展刺激を加え、その培養上清から得られたエクソソームについて、骨芽細胞分化に対して、抑制的な効果を示すという結果が得られていた。
本年度は、エクソソームによる骨芽細胞分化調節について、より詳細なメカニズムを検討するために、MC3T3-E1にさまざまな伸展刺激を加え、骨芽細胞分化に対して促進的あるいは抑制的に作用する刺激下でのエクソソームの成分解析を試みた。
その結果、持続的伸展刺激よりも、間歇的伸展刺激のほうが骨芽細胞分化に対して最終的には促進的である可能性が示された。しかしながら、簡潔的刺激の初期では骨芽細胞分化はむしろ抑制されていた。従って、刺激後、どのような時期のエクソソームについて解析するかについて検討が必要ではないかと考えられた。今後、骨芽細胞分化に促進的と考えられる伸展刺激下で萌出されるエクソソームを、時系列的に採取し、その骨芽細胞分化への影響を検討するとともに、内容物について質量分析によって解析を進める予定である。さらに、より未分化な間葉系細胞についても伸展刺激が骨芽細胞への分化に及ぼす影響を検討していきたい。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

当初予定していた、間葉系幹細胞を組織から採取するという計画について、担当予定であった共同研究者が研究職を離れてしまったために、当初の予定からは大幅に遅れるとともに、計画を変更する必要に迫られた。
また、細胞に与える機械的刺激の検討では、分化促進を引きおこす条件を見つけるのに予想以上に時間がかかった。
以上から進捗状況としては遅れていると判断した。

Strategy for Future Research Activity

・骨芽細胞様細胞株（MC3T3-E1）や未分化間葉系細胞株（C3H10T1/2など）を用いて、それらの細胞が骨芽細胞へと分化を促進する機械的刺激をin vitroで加え、その培養上清中のエクソソームを、いくつかの時間点において採取し、骨芽細胞分化に及ぼす影響を調べる。
・骨芽細胞分化に促進的、あるいは抑制的に働くエクソソームについて、その内容物について質量解析によって解析し、機械的刺激がエクソソームの内容物調節に与える影響について明らかにする。
・それらの中でいくつかキーファクターとなる可能性があるものを選び、その発現をノックダウンすることで骨芽細胞分化への影響性を確認する。

Causes of Carryover

機械的刺激条件の決定に時間がかかり、質量分析にまで至ることができなかったため、解析のために予定していた予算が次年度使用となった。