2020 Fiscal Year Research-status Report

骨細胞のミトコンドリア機能不全による核膜構造異常の分子機構解明

Research Project

Project/Area Number	20K18081
Research Institution	National Center for Geriatrics and Gerontology
Principal Investigator	渡辺憲史国立研究開発法人国立長寿医療研究センター, 老化ストレス応答研究PT, 研究員 (90866766)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	加齢性骨組織変化 / 核膜構造 / 骨代謝
Outline of Annual Research Achievements	加齢によって起こる骨量減少の原因となる骨細胞の骨代謝制御不全の原因となる因子を特定し、どのような分子機構によって骨代謝が異常になるのかを明らかとすることを目的として研究を行っている。本研究では加齢やミトコンドリア機能不全によって骨細胞の核肥大が起こることに注目して解析を行う。核構造は核膜構造タンパクであるlamin A/Cおよびlamin Bによって決定されていると考えられ、最近ではlamin Bの発現低下が老化の指標としても用いられている。そこで、これらの核膜構造タンパクの発現変化によって核肥大が起こっているのかを確かめた。siRNAを用いて骨細胞でLmnaもしくはLmnbを欠損させると有意な核肥大が起こり、骨形成抑制因子であるSOSTの発現も増加した。また、lamin A/Cやlamin Bを過剰発現させるとミトコンドリア機能不全による核肥大とSOSTの発現亢進を抑制出来ることから、骨細胞において核膜構造タンパクの発現量と核構造の関連性が明らかとなった。これらの結果からミトコンドリア機能不全によって起こる核構造異常はlamin A/Cとlamin Bの発現低下によって引き起こされることが明らかとなり、核膜構造タンパクを補充することで核膜構造は正常となり、骨細胞の骨代謝制御機能も正常となることが明らかとなった。次にミトコンドリア機能不全がどのように核膜構造タンパクの発現を制御しているかを調べる為に骨細胞特異的SOD2欠損マウスとミトコンドリア脱共益剤によってミトコンドリア機能不全を誘導した骨細胞を用いてRNA-Seq解析を行った。現在、解析結果を基に核膜構造変化と骨代謝制御に関連した転写因子の特定を行っている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 骨細胞を用いた解析によって核膜構造タンパクの発現低下がミトコンドリア機能不全によって起こる核肥大の原因となることを明らかにすることが出来た。また、老齢マウスと骨細胞特異的SOD2欠損マウスの骨切片を用いた解析によって、個体レベルでもミトコンドリア機能不全によって骨細胞でlamin A/Cとlamin Bの発現低下が起こり、核形態が異常になることも明らかとした。これらの結果から、1年目の「lamin A/Cとlamin Bの発現低下と核膜構造異常の関連性を明らかにする」という目的は達成できたと考える。「lamin A/Cおよびlamin B発現低下を引き起こす原因因子を特定する」という目標は達成できていないが、この目標は1～2年目の目標として掲げていた項目であり、マウスの骨組織および骨細胞を用いたRNA-Seqによる網羅的解析は行えたことから、1年目で行う予定であった項目は達成できていると考えられる。これらのことから、おおむね当初の計画通りに研究を進められていると考えている。
Strategy for Future Research Activity	1年目に行ったRNA-Seq結果の解析を進めていく。加齢やミトコンドリア機能不全による骨代謝制御機能不全を起こした骨細胞で変動する転写因子を拾い上げ、個体レベルと細胞レベルでどちらも同じように発現変化する候補転写因子の発現をRT-PCRによって確認する。候補遺伝子が転写因子が核膜構造タンパク発現や骨代謝制御に関連しているかどうかを確認するため、候補遺伝子をRNAiなどを用いてKDした時にミトコンドリア機能不全を起因とした核肥大やSOSTの発現亢進が抑制できるかどうか解析し、核膜構造変化や骨代謝制御との関連性を明らかとする。これらの研究によって骨代謝制御において中心的な役割を担う転写因子を特定出来たら、転写因子と核膜構造タンパクの発現低下やSOSTの発現亢進を繋ぐ分子機構の解析を進めていく。また、核膜構造タンパクの発現低下は転写制御だけでなく、翻訳後修飾によっても発現量が制御されていることが報告されていることから、これまでに報告されている翻訳後修飾がミトコンドリア機能不全による発現低下と関連しているかどうかの解析も行い、核膜構造タンパクの発現制御機構の解析を進める。
Causes of Carryover	学会参加費の振込手数料が発生しなかった為。