2021 Fiscal Year Research-status Report

Functional analyses of chondroitin sulfate chains in bone remodeling and skeletal muscle plasticity

Research Project

Project/Area Number	20K06551
Research Institution	Kobe Pharmaceutical University
Principal Investigator	三上雅久神戸薬科大学, 薬学部, 講師 (20330425)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	コンドロイチン硫酸 / 組織リモデリング / 骨粗鬆症 / 筋萎縮症 / 筋サテライト細胞
Outline of Annual Research Achievements	超高齢社会を迎えた本邦において、健康寿命の延伸は達成すべき重要な課題であり、その実現には自立性の低下を誘引する運動器症候群の克服が不可欠である。その代表的疾患である骨粗鬆症およびサルコペニアの発症要因は、概して加齢に伴う組織リモデリング機構の破綻であると捉えることができるが、破綻を招く分子基盤の実体は不明である。これまでに研究代表者らは、細胞周囲の微細環境を形づくるコンドロイチン硫酸（CS）鎖が、骨・骨格筋・神経といった運動器を支える構成要素の分化・再生過程を調節する多機能糖鎖であることを明らかにしてきた。本研究では、「運動器全般の正常な組織リモデリング機構が機能的CS鎖の発現により担保されている」という仮説を実証すべく、骨および骨格筋を基軸にした運動器の組織リモデリング過程におけるCS鎖の役割と作用機序の包括的解明を目指し、本年度については、以下の成果を得た。１）“CS-E”タイプのCS鎖による破骨細胞分化抑制の作用機序の解析：前年度の結果を踏まえ、CS-Eの作用点の一つと考えられる分化初期段階における分子基盤の解析を行った。その結果、CS-Eは少なくともRANKLシグナルを直接的に抑制する働きをもつことを見出した。さらに、CS-Eの破骨細胞阻害効果は、少なくともin vitro培養系において、比較した既知の阻害分子よりも強い傾向にあることを見出した。２）骨格筋幹細胞である筋サテライト細胞に依存した骨格筋再生過程に影響を及ぼすCSサブタイプの役割とその作用機序の解析：前年度の結果を踏まえ、幾つかのCS鎖の硫酸化酵素の遺伝子改変マウスを利用した解析を行った。その結果、加齢マウスの骨格筋に検出される特徴的なCS鎖を多く含む環境が、サテライト細胞プールの維持に適さない環境であることを支持する結果が得られた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason CS-Eによる破骨細胞分化抑制の作用点について、分化初期段階における分子基盤の解析は進行しているが、成熟段階における分子基盤の解析がやや遅れている。また、CS鎖の硫酸化を担う生合成酵素の遺伝子改変マウスを用いることにより、骨格筋リモデリングにおけるCS鎖の構造-機能相関を明らかにすることができたことは大きな成果であるが、CS鎖によるサテライト細胞の制御における詳細な分子基盤の解析を推し進めてゆく必要がある。
Strategy for Future Research Activity	CS-Eによる破骨細胞分化阻害やCS鎖を介した筋サテライト細胞の自己複製・分化の制御における分子メカニズムの解析を推し進めてゆく。また、野生型およびCS-E合成酵素の欠損マウスから作成した骨切片上でのCS-Eの分布を確定し、CS-Eの分布が新生骨（類骨）と老朽化した古い骨を見分ける指標になるか検証する。骨格筋リモデリングにおける課題においては、実験的筋損傷モデルマウスやサテライト細胞の初代培養系などを駆使し、CS鎖の硫酸化構造依存的な骨格筋分化・再生制御の分子基盤の解明に繋がる知見を得る。
Causes of Carryover	コロナ禍の影響で一部着手に至っていない実験があったため、当初の見込み額と使用額に差が生じる結果となった。全体的な研究計画に変更はなく、前年度の繰り越し分の研究費を含め、当初の予定通り研究課題の遂行してゆく。