Novel therapeutic approach for osteolysis focusing on the regulation of cytoskeleton

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K09617
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 江面 陽一 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (50333456)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 二藤 彰 鶴見大学, 歯学部, 教授 (00240747)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 溶骨症 / 細胞骨格 / プロフィリン / ＡＲＰ２/３ / 破骨細胞 / 阻害薬 / 治療法

Outline of Annual Research Achievements

骨系統疾患や慢性関節炎、人工関節インプラント周囲などに生じる溶骨症に対する有効な治療法確立のため、その発症病理として破骨細胞の遊走性亢進に着目し、新たな分子的介入法を探索的に検討する。溶骨症治療法開発へ向けた溶骨症モデルとして、アクチン分子重合を制御する細胞骨格制御因子プロフィリン１を破骨細胞で欠損するマウスを利用して以下の検討を行った。まず破骨細胞におけるプロフィリン１欠損の影響を培養系で検証するため、骨髄由来の破骨細胞前駆細胞においてプロフィリン１遺伝子をsiRNAによってノックダウンし、その影響を破骨細胞誘導系において検討した。（１）分化誘導を促進するか（２）分化速度を速めるか（４）細胞融合を促進するか（５）細胞遊走を促進するか（６）骨吸収を高めるかについて検討した。また細胞骨格制御に関わるＡｒｐ２/３阻害薬を培地に加え、その影響を検討した。つぎに本遺伝子欠損マウスの溶骨症性病態を詳細に解明するため、4週齢、8週齢マウスに加えて20週齢、34週齢マウスの大腿骨および頭蓋骨の形態変化について解析した。さらに治療法開発へ向けた探索として、細胞骨格制御因子を阻害する薬物を5週齢マウスに週2回投与を開始し、3週間経過した8週齢の時点での効果を解析して有効な治療法開発の基盤として解明を進めた。今後、この溶骨性病変の解剖学的広がりと組織学的な病態をＸ線計測や組織形態解析によって解明し、破骨細胞の細胞骨格制御の変調が実際に遊走性を亢進させ、結果として広範囲の溶骨症性病変を生じさせることを明らかにするとともに、細胞骨格因子の制御因子への薬物介入によりこの発症を阻止する方策を検討する。

Current Status of Research Progress

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

Reason

以下3項目について計画に従って研究を進めている。
（Ａ）培養細胞系の検討。当初の計画に従い、その検討を概ね終了した。すなわち破骨細胞におけるプロフィリン１欠損の影響を培養系で検証するため、骨髄由来の破骨細胞前駆細胞においてプロフィリン１遺伝子をsiRNAによってノックダウンし、その影響を破骨細胞誘導系において検討した。（１）分化誘導を促進するか（２）分化速度を速めるか（４）細胞融合を促進するか（５）細胞遊走を促進するか（６）骨吸収を高めるかについて検討した。また細胞骨格制御に関わるＡｒｐ２/３阻害薬を培地に加え、その影響として見られる破骨細胞の突起形成の抑制と運動性の抑制の程度について形態学的かつ時系列的にを検討した。
（Ｂ）遺伝子欠損マウスの時系列的形態解析も順調に進めている。本遺伝子欠損マウスの溶骨症性病態を詳細に解明するため、4週齢、8週齢マウスに加えて20週齢、34週齢マウスの大腿骨および頭蓋骨の形態変化について3次元的なマイクロＣＴ解析と組織切片の解析により検討した。
（Ｃ）個体への薬物投与実験も開始しており、治療法開発へ向けた探索として、細胞骨格制御因子を阻害する薬物を5週齢マウスに週2回投与を開始し、3週間経過した8週齢の時点での効果を解析して有効な治療法開発の基盤として解明を進めた。
全体として研究計画は概ね順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

まず破骨細胞特異的プロフィリン１遺伝子欠損マウスの骨表現型を週齢を追って追跡することで破骨細胞の運動性の変調が溶骨性の骨変形にどのような影響を及ぼすかさらに明らかにする（Ｂ）。この検討はすでに必要数の個体について3次元マイクロＣＴ解析と組織切片用の検体を調整中であり次年度中に完成できる。つぎに培養系における破骨細胞におけるプロフィリン１機能の検討（Ａ）では、すでに破骨細胞の運動性をどのように制御するか細胞突起の形態変化に注目して動画取得を続けており、細胞突起の形態特徴の記載とその変化速度について数理的な解析法の確立について数理解析の専門家にも相談しつつ検討を進めている。インビボにおける破骨細胞の遊走方向や移動の方向性とその移動距離について解析してゆくことが重要であるが、検討（Ｂ）の知見を参考に、インビボイメージングの専門家にも相談して検討を続ける。培養系およびインビボでの薬物投与の影響を解析しつつ、より望ましい溶骨症の治療薬開発の基礎的知見を築くことが目標になるが、既存の骨粗鬆症治療薬に加えて、すでに用意したいくつかの薬物がこの遺伝子改変マウスの骨表現型にどのように影響するかを明らかにしてゆく。その知見をもとにさらに有効な薬物療法の標的分子を割り出し、インビボの薬物投与実験でその効果を判定してゆく。

Causes of Carryover

本年度の終盤は研究代表者が学外転出のための手続きを行う必要があり、研究活動が一部滞った。そのため年度予算の３％弱の金額が使用されず翌年度分として残された。金額は少額であり、同一研究機関内で継続される翌年度の計画中で予定通りの使用計画に組み込まれるため、研究遂行上の問題は生じない。