Elucidation of molecular regulatory mechanism of relationship between bone and muscle under skeletal loading

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K09446
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 56020:Orthopedics-related
• Research Institution: University of Occupational and Environmental Health, Japan
• Principal Investigator: Sakai Akinori 産業医科大学, 医学部, 教授 (90248576)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 海綿骨 / 骨微細構造 / 筋重量 / 筋線維 / 骨粗鬆症 / 慢性閉塞性肺疾患 / マウス / 遺伝子改変動物

Outline of Final Research Achievements

This applicant investigated the relationship between bone and muscle through the results of histomorphometry and gene expressions using mice and rats. Wnt10a KO mice showed that trabecular bone was decreased, but muscle weight was maintained. Suppression of Gdf8/Myostation gene expression was considered as this mechanism. DMD model rats showed that muscle weight was decreased and at the diaphysis of femur, trabecular bone volume was decreased with deterioration of bone microstructure despite no change in cortical bone. COPD model mice showed the decrease in trabecular bone volume due to decreased bone formation and the atrophy of each muscle fiber with type transition from type I to type II. The administration of antioxidants such as astaxanthin and sulforaphane can suppress these musculoskeletal abnormality in COPD model mice.

Free Research Field

整形外科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

骨粗鬆症とサルコペニアのような加齢性疾患は互いに関連しながら進行するにもかかわらず、予防法や治療法の研究開発は未だ発展途上にある。今回、骨と筋を統合的に解析する研究を行った。DMDモデルラットのように遺伝子が大きく疾患を規定する病態では、減少した骨と筋をepigeneticな制御法でレスキューすることは難しいが、COPDモデルマウスのように生活習慣が大きく関与する病態では、減少した骨と筋をアスタキサンチンやスルフォラファンのような抗酸化剤投与により、筋骨格系の異常を抑制できることを明らかにした。今回得られた研究結果は、実効性の高い介入や効果的な治療法の開発に繋がる可能性がある。