2021 Fiscal Year Annual Research Report
軟骨内骨化における細胞内Ca2+制御機構の解明と骨関連疾患への応用
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20H03802
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
市村 敦彦 京都大学, 薬学研究科, 助教 (10609209)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植田 洋平 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (30848213)
近藤 武史 京都大学, 生命科学研究科, 特定助教 (60565084)
伊藤 宣 公益財団法人大原記念倉敷中央医療機構(臨床医学研究所 臨床医学研究開発部), クリニカルサイエンスリサーチグループ, 研究員 (70397537)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 細胞内カルシウム / 軟骨細胞 / イオンチャネル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、これまであまり知られていなかった軟骨細胞内Ca2+制御機構と制御に関わると思われる分子を詳しく解明することにより、軟骨が関連する疾患治療に役立つ新たな知見の取得を目指している。
本年度は複数取り組んでいる研究課題の内、C型ナトリウム利尿ペプチド(CNP)の骨伸長促進作用と軟骨細胞内Ca2+シグナルの関係についての研究が大きく進展した。具体的には、研究開始時から取り組んできたCNPによる軟骨細胞内Ca2+の賦活について、その分子的機序を薬理学的、および、遺伝学的手法によって解明した。複数の実験結果から、CNPはその受容体NPR2を介してcGMP産生を増加させ、これがcGMP依存的タンパク質リン酸化酵素であるPKGを活性化する。PKGは大コンダクタンスCa2+依存的K+(BK)チャネルをリン酸化することで活性化し、これが脱分極を引き起こしていることが明らかとなった。発生した脱分極はTRPM7チャネルを介した軟骨細胞内Ca2+流入を増大させ、カルシウムカルモジュリン依存性キナーゼII(CaMKII)が活性化することによって軟骨の機能的成熟や細胞外基質の産生が亢進されていることが明らかとなった。CNPの骨伸長促進効果はTrpm7遺伝子発現に依存していることも器官培養軟骨を用いた実験からわかった。さらに、BKチャネル活性化薬がCNPに類似した骨伸長促進作用を持つことが明らかとなり、今後の骨系統疾患治療に資する治験を得ることができた (eLife, 2022)。
並行した実施中のカウンターイオンチャネルTRIC-Bの軟骨細胞における生理機能の解明についても概ね予定どおり進行しており、今年度中に論文を投稿できる見込みである。一方で、CaluminについてはcKOマウスに大きな骨の異常が観察されておらず、ゼブラフィッシュなど別の生物種での解析も試みている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では大きく3つの課題に取り組んでいる。そのうちの1つであるCNPと軟骨細胞内Ca2+シグナルに関する課題については上述のように仮説を想定通りに証明し、論文として発表することができた。本成果の取得にあたり、軟骨細胞内Ca2+イメージング実験系の安定的かつ正確なデータ取得技術の確立と人員体制の整備等をすすめることができ、他の関連する課題にの遂行にも役立てることが可能となった。また、TRIC-Bチャネルの生理機能解明に関する課題についても概ね想定していたとおりにデータを取得できており、小胞体ストレスや細胞死につながる細胞内シグナル経路とTRIC-Bの機能についての知見を集積してきた。Caluminに関する課題は想定していたより遺伝子欠損マウスの表現型が明確でなかったため、さらなる検討や別の生物種を用いた検討を継続する必要がある。
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| Strategy for Future Research Activity |
CNPと軟骨細胞内Ca2+シグナルに関する課題についてはこれまでの解析で本研究計画の予定をほぼ満たすことができた。今後はより治療に資する知見の取得に向けて、解明した細胞内シグナルに立脚したあらたな薬理学的処置方法や、別の内分泌因子による軟骨細胞内Ca2+シグナル制御の可能性を検討していく予定である。
TRIC-Bについてはこれまでに得られた細胞内シグナルや細胞死につながると考えられる複数の知見を取りまとめていく。一部、細胞内シグナル経路の推定において検出が困難な分子が存在しているため、抗体の変更や検出条件の再調整などを行い、論文発表に向けて必要となるデータを取得し、早急に公表できるように努めていく予定である。
Caluminについてはマウス以外にも生理機能検証のための生物種をゼブラフィッシュなどへと広げつつ、骨における生理機能の有無についてより詳細に解析を行っていく予定である。
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Research Products
(6 results)
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[Journal Article] C-type natriuretic peptide facilitates autonomic Ca 2+ entry in growth plate chondrocytes for stimulating bone growth2022
Author(s)
Yuu Miyazaki#, Atsuhiko Ichimura#, Ryo Kitayama, Naoki Okamoto, Tomoki Yasue, Feng Liu, Takaaki Kawabe, Hiroki Nagatomo, Yohei Ueda, Ichiro Yamauchi, Takuro Hakata, Kazumasa Nakao, Sho Kakizawa, Miyuki Nishi, Yasuo Mori, Haruhiko Akiyama, Kazuwa Nakao, Hiroshi Takeshima
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Journal Title
eLife
Volume: 11
Pages: e71931
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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