2020 Fiscal Year Research-status Report
Pioneering chondroneutrigenomics research and its development into chondroneutrigenetics
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20K20611
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
滝川 正春 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (20112063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青山 絵理子 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (10432650)
星島 光博 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (30736567)
久保田 聡 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 教授 (90221936)
西田 崇 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 准教授 (30322233)
江口 傑徳 岡山大学, 医歯薬学総合研究科, 助教 (20457229)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2024-03-31
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| Keywords | 軟骨細胞 / CCNタンパク質 / 解糖 / S-アデノシルメチオニン / ポリアミン / 細胞分化 / 細胞増殖 / 細胞生存 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
（1）糖質代謝物：ヒト軟骨細胞様細胞株HCS-2/8の培養系に解糖系酵素エノラーゼの阻害剤NaFで添加すると、全CCNファミリータンパク質CCN1~6のうち、CCN2の発現は阻害され、CCN3の発現が亢進し、他のファミリーメンバーは影響を受けなかった。なお、このCCN2の発現阻害とCCN3の発現亢進は他の解糖系阻害剤モノヨード酢酸添加やグルコース飢餓でも観察され、CCN2とCCN3は軟骨細胞において解糖系によりtightな発現制御を受けるタンパク質であることが明らかとなった。解糖阻害による軟骨細胞のCCN3の誘導はタンパクレベルでも認められ、その遺伝子発現メカニズムを調べたところRFX1がCCN3遺伝子結合性転写因子として仲介していることが判明した。CCN3は細胞が静止期に発現上昇することから、CCN3は飢餓状態のエネルギー枯渇時に細胞の生存を支持する作用があるものと考えられる。
（2）アミノ酸代謝物：メチオニンの代謝産物である S-アデノシルメチオニン(SAM)をヒト軟骨細胞様細胞株HCS-2/8の培養系に添加すると、まずCCN2の遺伝子発現が、次いで２型コラーゲンの遺伝子発現が上昇した。また、その後、アグリカンの蓄積量が増加した。ポリアミンの前駆体の一つSAM脱炭酸物を合成するSAM脱炭酸酵素AMD1の阻害剤、SardomizideをSAMと共に添加するとSAMによるアグリカンの蓄積が抑制された。我々はCCN2が2型コラーゲンやアグリカンの発現を誘導する軟骨分化促進因子であることを報告してきたことから、得られた結果はSAMがCCN2の発現を誘導する機能分子であることを示している。また、我々はポリアミンが軟骨細胞の分化機能の発現を促進することも報告しており、SAMは少なくとも一部はポリアミン合成を介して軟骨細胞の分化機能を亢進させることを示唆している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
糖質代謝関連の論文を２報、その他CCNタンパク質関連の論文を２報発表できた。しかし、アミノ酸代謝関連ではS-アデノシルメチオニン (SAM)の軟骨分化促進作用を見い出し、その作用メカニズムの一端を明らかにしたものの学会発表レベルに留まった。メラトニン関連の研究も学会発表レベルに留まった。大きな要因は、コロナ禍で、実験時間の制約、臨床から研究に参加している大学院生の病院への動員によるマンパワーの減少、物流のトラブルによる試薬等の納入時期の遅延、メタボローム解析等の外注環境の悪化等がある。結果として一定の成果は挙ったものの、当初計画していたほどには進まない一面があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
1．コンドロニュートリゲノミクス研究：①糖質代謝物に関しては、メチルグリオキサール（MG）やグルコサミン(GlcN)等のCCN2等の軟骨成長因子・分化マーカーの遺伝子発現に対する影響を調べる。逆に、CCN2等の軟骨成長因子のMG代謝やアミノ糖代謝に対する影響を調べる。また、グリコサミノグリカン(GAG)オミックス研究も行って軟骨ニュートリゲノミクスの研究成果例を増やす。②アミノ酸代謝物s-アデノシルメチオニン（SAM）がCCN2を誘導すること見いだし、軟骨細胞の分化機能を亢進させる機能分子であることを明らかにしたが、CCN2の誘導から軟骨分化機能発現に至る経路の詳細を解明する。また、SAMがCCN2を誘導する分子メカニズム、特にメチル化との関連を調べるとともに軟骨内SAMレベルを上昇させる因子を探索する。さらに、セロトニン(5-HT)やメラトニンのCCN2, 3遺伝子および軟骨分化促進因子・分化マーカー遺伝子の発現に対する影響を調べ、逆にCCN2, 3のセロトニン合成酵素活性に及ぼす影響等、トリプトファン代謝に与える影響を調べる。③リピドミクスによる新規生理活性代謝物の探索も行い、3大栄養素について軟骨ニュートリゲノミクスの研究成果例を増やし、新研究領域コンドロニュートリゲノミクスを開拓する。
２．コンドロニュートリジェネティクス： CCN2の発現を増強すればGDF5遺伝子のSNPによるGDF5蛋白質産生量の減少を、CCN2のGDF5機能増強作用でカバ－（補完）できることが期待出来るので、上記１で得られたCCN2の発現を上昇させる栄養・代謝物が、GDF5のSNPによる変形性関節症に罹りやすい体質を改善するか否かを、まず軟骨細胞培養系で調べる。次いで変形性関節症モデルマウス（GDF5ヘテロ欠損マウス）で確認して、コンドロニュートリジェネティクス研究の端緒を拓く一例とする。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍で、実験時間の制約、マンパワーの減少、物流のトラブルによる試薬等の納入時期の遅延などで、当初計画していた実験の多くを次年度に持ち越し、R2年度はすでにあるデータを確認し、追加して論文化を図る実験に絞り、時間と労力は主に執筆活動に費やした。そのため、R2年度の試薬等の消耗品の消費は減ったが、当然のことながらこれらの試薬等の消耗品は次年度であるR3年度に必要となる。また、GAGオミックス、リピドミクス等のメタボローム解析（外注）はコンドロニュートリゲノミクスを広く展開するために計画していたが、その受注環境がコロナ禍で悪化したため、高額な費用を要するこれらのメタボローム解析を次年度に持ち越したので、その費用もR3年度に必要となる。
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[Presentation] Regulation of CCN3 gene expression by glycolytic activity in chondrocytes2020
Author(s)
Mizukawa, T., Nishida, T., Akashi, S., Kamioka, H., Takigawa, M., Kubota, S.
Organizer
The 9th International Orthodontic Congress (9th IOC)
Int'l Joint Research
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[Presentation] Effect of melatonin on rhythmic gene expression in human articular chondrocytes2020
Author(s)
Fu, S., Kuwahara, M., Uchida, Y., Hyashi, D., Shimomura, Y., Takagaki, A., Nishida, T., Nakata, E., Furumatsu, T., Kondo, S., Maruyama, Y., Hattori, A., Kubota, S., Hattori, T.
Organizer
第93回日本生化学会大会
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[Presentation] Effect of melatonin on rhythmic gene expression in human articular cartilage2020
Author(s)
Fu, S., Kuwahara, M., Uchida, Y., Kondo, S., Hyashi, D., Shimomura, Y., Takagaki, A., Nishida, T., Maruyama, Y., Ikegami, M., Hattori, A., Kubota, S., Hattori, T.
Organizer
第38回日本骨代謝学会学術集会
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