軟骨細胞グライコーム解析による変形性関節症発症機序の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19K18516
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 宝満 健太郎 北海道大学, 医学研究院, 博士研究員 (40823331)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: FUT8 / N-glycome / コアフコシル化 / 軟骨

Outline of Annual Research Achievements

2020年度までに確立した高マンノース型糖鎖分解酵素に基づく軟骨変性の系において、マウス軟骨を用いたN-glycomeを行い、N型糖鎖のコアフコシル化が起きていることを同定した。N 型糖鎖の根元にα1,6 フコースを転移する糖転移酵素はフコース転移酵素ファミリーにおいてFut8のみであるため、軟骨におけるFut8の役割を検討するために、Cas9ゲノム編集法により軟骨特異的にFut8を欠失するコンディショナルノックアウトマウス（FUT8loxP/loxP - Col2a1Cre+/-マウス）を作製した。作出したマウスの軟骨でN-glycomeを実施するとコアフコシル化N型糖鎖の消失を認め、軟骨でのFUT8 遺伝子発現を軟骨細胞mRNA 由来cDNA を鋳型に用いリアルタイムPCR 定量法で検討したところ、FUT8遺伝子発現は野生型マウスに比して99%以上減弱していることが判明した。Fut8コンディショナルノックアウトマウスは野生型マウスより小型に生育するものの、四肢の短縮や胸郭の矮小化のような骨格形成への明確な表現型は認めなかった。
Fut8コンディショナルノックアウトマウスの関節軟骨を高マンノース型糖鎖分解酵素に基づく軟骨変性の系へ供したところ、野生型マウスと同様に軟骨のOA化を認めた。しかし、野生型マウスが分解酵素を取り除いた後に軟骨変性から回復するのに対し、Fut8コンディショナルノックアウトマウスでは変性が促進され、失われたグリコサミノグリカンを補填する能力の欠如を示唆した。Fut8コンディショナルノックアウトマウスの膝関節にメカニカルストレスを加える実験モデルではOAが増悪し、関節の加齢に伴う変化を追跡したところ、OAが早期化することが明らかとなった。

Research Products

• [Journal Article] Optical coherence tomography evaluation of the spatiotemporal effects of 3D bone marrow stromal cell culture using a bioreactor (2022)
  • Author(s): Yamaguchi Jun、Onodera Tomohiro、Homan Kentaro、Liang Xu、Matsuoka Masatake、Miyazaki Takuji、Yoshiaki Hosokawa、Saito Mitsuru、Iwasaki Norimasa
  • Journal Title: Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials Volume: - Pages: 1～9
  • DOI: 10.1002/jbm.b.35043
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Flightless I is a catabolic factor of chondrocytes that promotes hypertrophy and cartilage degeneration in osteoarthritis (2021)
  • Author(s): Ebata Taku、Terkawi Mohamad Alaa、Hamasaki Masanari、Matsumae Gen、Onodera Tomohiro、Aly Mahmoud Khamis、Yokota Shunichi、Alhasan Hend、Shimizu Tomohiro、Takahashi Daisuke、Homan Kentaro、Kadoya Ken、Iwasaki Norimasa
  • Journal Title: iScience Volume: 24 Pages: 102643～102643
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102643
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Quantification of Cartilage Surface Degeneration by Curvature Analysis Using 3D Scanning in a Rabbit Model (2021)
  • Author(s): Liang Dawei、Onodera Tomohiro、Hamasaki Masanari、Hishimura Ryosuke、Homan Kentaro、Xu Liang、Tian Yuan、Kanai Satoshi、Iwasaki Norimasa
  • Journal Title: CARTILAGE Volume: 13 Pages: 1734S～1741S
  • DOI: 10.1177/19476035211059597
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 関節軟骨におけるフコシル化糖鎖の欠失は不可逆的な軟骨変性を惹起する (2022)
  • Author(s): 宝満 健太郎, 小野寺 智洋, 花松 久寿, 古川 潤一, 宮崎 拓自, 山口 純, 細川 吉暁, 梁 大偉, 金 佑泳, 江畑 拓, 木村 洋介, 松岡 正剛, 岩崎 倫政
  • Organizer: 第34回日本軟骨代謝学会
• [Presentation] Core-fucosylation deficiency inhibits recovery in early degenerative cartilage. (2022)
  • Author(s): K. Homan, T. Onodera, H. Hanamatsu, J. Furukawa, T. Miyazaki, J. Yamaguchi, K. Y. Hosokawa, T. Ebata, D. Liang, W. Kim, M. Matsuoka, N. Iwasaki.
  • Organizer: The16th World Congress of International Chemical Reference Substances (ICRS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deficiency of core-fucosylated glycan in articular cartilage inhibits recovery from cartilage damage and promotes cartilage degeneration. (2021)
  • Author(s): Kentaro Homan, Tomohiro Onodera, Hisatoshi Hanamatsu, Jun-ichi Furukawa, Takuji Miyazaki, Jun Yamaguchi, Taku Ebata, Dawei Liang, WooYoung Kim, Masatake Matsuoka, Norimasa Iwasaki.
  • Organizer: The 67th Annual Meeting of Orthopaedic Research Society (ORS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞特異的糖鎖解析による定量評価を応用した未分化iPS細胞除去条件の最適化 (2021)
  • Author(s): 宮崎 拓自, 小野寺 智洋, 花松 久寿, 古川 潤一, 宝満 健太郎, 川嵜 敏祐, 岩崎 倫政
  • Organizer: 第36回日本整形外科基礎学術集会