Bone and tooth differentiation induced by BMP and rapamycin

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19K10177
• Research Institution: Tsurumi University
• Principal Investigator: 大井田 新一郎 鶴見大学, 名誉教授 (10114745)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 寺島 達夫 鶴見大学, 歯学部, 非常勤講師 (20114770) ; 山本 竜司 鶴見大学, 歯学部, 講師 (20410053) ; 唐木田 丈夫 鶴見大学, 歯学部, 准教授 (40367305) ; 大熊 理紗子 鶴見大学, 歯学部, 学部助手 (50804887) ; 斉藤 まり 鶴見大学, 歯学部, 助教 (60739332)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: ラパマイシン / BMP / 骨芽細胞の分化 / 象牙芽細胞の分化 / 石灰化

Outline of Annual Research Achievements

骨および歯の形成へのBMPとラパマイシンの相互作用を調べるため引き続き以下の実験を繰り返し行い結果の再現性を確認した。
骨の形成に関しては、マウスの筋由来の骨芽細胞系株細胞(C2C12)を用いて実験を行った。アルカリホスファターゼ(ALP)を指標として骨芽細胞への分化誘導能を検討し、リン酸およびカルシウムの測定により硬組織形成の促進効果を検討した。その結果、BMPおよびラパマイシンはそれぞれ単独でもALP活性を上昇させ、石灰化を促進した。以上の結果から、BMPとラパマイシンは未分化細胞を骨芽細胞へと分化させ、さらに硬組織形成に至る高度な分化を促進することが確認された。また、BMPとラパマイシンを同時に投与すると著しい相乗効果が認められた。これらの骨芽細胞への分化誘導効果はBMPもしくはラパマイシンの阻害剤で明確に阻害された。
歯の形成については、ブタ歯髄由来の象牙芽細胞様株細胞(PPU-7)を用いた３次元培養とマウスの歯胚を用いた器官培養の2種類の方法でその効果を検討した。その結果PPU-7を用いた３次元培養ではBMPにより細胞塊は球形に大きく成長し、非脱灰標本では厚い細胞層に囲まれて中心部に有機質を含む石灰化組織が観察された。ラパマイシンを投与すると中心部の石灰化はさらに促進するが、周りの細胞層は薄くなり球形細胞塊は小さく縮小した。またマウスの歯胚を用いた器官培養でも同様の効果が認められた。これらの効果はBMPとラパマイシンの阻害剤で明確に阻害された。
以上の結果から、BMPとラパマイシンは未分化細胞から骨芽細胞および歯の象牙芽細胞への分化とさらに高度な分化機能である硬組織形成を促進するとが示唆された。今後引き続きこれらの作用の分子メカニズムを検討する計画である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

これまでコロナ禍で研究に様々な制約が生じ、研究の進行にやや遅れが見られたが、最近ではおおむね順調に進展している。主要な実験は繰り返し実行し、結果の再現性も確認することができた。

Strategy for Future Research Activity

これまで主要な実験は繰り返し実行し結果の再現性も確認されたので、本年度は酵素抗体法やインサイチューハイブリダイゼーション法を用い遺伝子発現およびタンパク質合成など分子レベルでの研究を進めBMPとラパマイシンの相互作用の分子機構を解明してゆく予定である。