2023 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the molecular mechanism of tendon and ligament homeostasis
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20H05696
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| Research Institution | Tokyo Medical and Dental University |
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Principal Investigator |
淺原 弘嗣 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (70294460)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Keywords | 腱・靱帯 / Mkx / 運動機能 / 遺伝子発現 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１．腱特異的Piezo1GOFマウス腱細胞を用いたシングルセルRNAシークエンス解析： 腱特異的Piezo1GOFマウスから腱細胞を採取し、シングル核でのトランスクリプトーム解析を実施し、コントロールの野生型マウスと比較したところ、腱特異的Piezo1GOFマウスにおいて特異的に発現が促進されている遺伝子群が同定された。このトランスクリプトームデータに基づき、腱の肥大および機能亢進の分子メカニズムを検討した。同時に、Piezo1の増強が筋の遺伝子発現に与える影響を解析、腱と筋の組織構築を遺伝子ネットワークレベルで解明した。またこれらのデータをヒト検体データと照らし合わせ、運動機能恒常性に重要なターゲットを検討した。
２．腱・靱帯におけるPiezo1活性化による跳躍時運動機能の解析： 野生型マウスと腱特異的Piezo1GOFマウスの跳躍時の筋電図をモニターし、前脛骨筋とヒラメ筋の収縮を経時的に解析することで、腱組織におけるPiezo1の活性化が運動機能を賦活化させるメカニズムを解析した。
３．ヒト関節組織バンクを用いた腱のトランスクリプトーム解析：ヒト組織バンクから腱細胞を抽出し、トランスクリプトーム解析を実施し、マウスの遺伝子発現ネットワークと比較することで、創薬のターゲットとなりうる分子を検討した。
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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
腱特異的Piezo1GOFマウスでは、本年度までの解析で、(i) 腱マトリックス粘弾性特性が大きく変化しているが、(ii)筋自体に生理学的変化は見られていない。また、この腱遺伝子編集マウスは(iii)トレッドミルエクササイズによって運動能力が更に高まること、(iv)腱での遺伝子編集を、CreERシステムによって成熟後に行ったマウスでも同様の能力を獲得すること、(v)全身でPiezo1（R2482H）の遺伝子編集を行っても、腱のみの遺伝子編集マウスと同等の運動能力を示すが、筋のみで遺伝子編集を行っても野生型と比べて変化がないこと、が明らかになった。以上は、運動機構における腱・靱帯の新たな重要な機能を見出したものであり、本研究の新機軸を提示するものである。
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| Strategy for Future Research Activity |
1) 腱特異的Piezo1GOFマウス腱細胞を用いたSingle cell RNA sequence解析. 昨年に引き続き、腱特異的Piezo1GOFマウスにおける腱の肥大・強化分子機序と筋も含めた運動機能の向上メカニズムを解明するため、それぞれ腱細胞を採取し、コントロールの野生型マウスと比較して、シングル核でのトランスクリプトーム解析を行う。得られた情報より、腱の肥大および機能亢進の分子メカニズムを検討する。
2) ヒト腱細胞を用いた化合物およびPiezo1の解析. ヒト腱細胞における、機械刺激によって誘導されるMkxおよび腱形成遺伝子発現とPiezo1の関与を決定するために、Piezo1アンタゴニストおよびPiezo1アゴニストの影響を解析する。またトランスフェクションベースのPiezo1過剰発現またはsiRNAによるPiezo1ノックダウンの効果を検討する。
3）腱・靱帯におけるエクササイズの与えるPiezo1活性化を介したアナボリック効果の解析. 腱・靱帯のPiezo1がエクササイズによるメカニカル刺激を得ることで、どのようにアナボリック効果を得て、組織恒常性に関わるかを検討するため、トレッドミルを用いて生理学的にアナボリックなメカニカル刺激を与え、その腱・靱帯に与える効果を組織学的、バイオメカニクス的、およびRNAシークエンスなどの分子生物学的な解析で検討する。更に、個体レベルでの運動機能を、跳躍力の変化などから解析する。また、筋肉へ与える影響を調査する。
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