2023 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, 医歯薬学域, 教授 (20112063)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青山 絵理子 岡山大学, 医歯薬学域, 助教 (10432650)
星島 光博 岡山大学, 歯学部, 客員研究員 (30736567)
久保田 聡 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (90221936)
西田 崇 岡山大学, 医歯薬学域, 准教授 (30322233)
江口 傑徳 岡山大学, 医歯薬学域, 講師 (20457229)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2025-03-31
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| Keywords | 軟骨 / S-アデノシルメチオニン / CCN2 / ODC / ポリアミン / アグリカン / II型コラーゲン / 遺伝子発現 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
アミノ酸代謝産物s-アデノシルメチオニン(SAM)がヒト軟骨細胞様細胞株HCS-2/8細胞において、CCN2、SOX9、2型コラーゲン、アグリカン、コンドロイチン合成酵素chsy1とchsy2の遺伝子発現を亢進し、アグリカンの蓄積を促進すること、また、オルニチン脱炭酸酵素（ODC）の遺伝子発現を促進することを確認し、さらに、ポリアミンレベルも上昇させることをHPLCにより確かめた。また、SAMのアグリカン蓄積増強作用がSAM合成酵素であるMAT2aの阻害剤PF9366で阻害されること、ポリアミン合成材料となる脱炭酸SAMをSAMから合成する酵素AMD1の阻害剤Sardomozideで阻害されること、さらに、ODCの阻害剤αDFMOでも阻害されることを新規に解明または再確認した。ポリアミンが軟骨細胞の分化を促進することを我々は以前に報告しているが、このことからSAMは単なるポリアミン合成の材料源になるだけでなく、種々の軟骨分化関連因子の遺伝子発現を促進することによって軟骨分化機能を亢進させることが明白となった。さらに、これらの知見をラット骨肉腫由来の軟骨細胞様細胞株RCS細胞でも確認した。また、軟骨前駆細胞株ATDC5をITSの存在下で成長軟骨細胞へ分化させる培養系でSAMはSox9、 2型コラーゲン、アグリカンの遺伝子発現を促進するだけでなく、石灰化も促進する予備的知見も得た。即ち、本研究成果はコンドロニュートリゲノミクス研究の重要な一例となった。コンドロニュートリジェネティクス研究では、昨年度CCN2が関節軟骨形成因子GDF5と結合するだけでなく、BMPRIIおよびBMPR1αとβとも結合することを解明したので、GDF5とCCN2の結合が軟骨細胞分化に与える影響を検討したところ、軟骨分化の程度に依存したcontext-dependentな作用を示す可能性が示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
コンドロニュートリゲノミクス研究：これまで、アミノ酸代謝産物s-アデノシルメチオニン（SAM）が軟骨細胞の分化機能発現に重要な働きを示すそのメカニズムとして、SAMが単に軟骨分化促進作用を有するポリアミンの合成の材料源となるだけでなく、ポリアミン合成の律速酵素であるオルニチン脱炭酸酵素(ODC)、軟骨分化促進因子CCN2、軟骨2大分化マーカであるアグリカンやII型コラーゲン等の各種軟骨分化関連遺伝子の遺伝子発現を促進することにより軟骨分化を促進することを明らかにし、コンドロニュートリゲノミクス研究の重要な一例となることを明らかにして、国際誌に発表することが出来た。しかし、上記の経路のクロストークの状況や遺伝子発現の詳細なメカニズムは未だ解明できていない。コンドロニュートリジェネティクス関連ではCCN2とGDF5の結合が、培養細胞では軟骨分化の時期によるcontext-dependentな相乗作用を発揮している可能性を示唆する予備的結果は得られたものの、軟骨の発生・分化・成長の如何なる局面で如何なる作用を発揮するかを未だ解明できていない。
その最大の要因は、新型コロナ感染が拡大し始めた頃に、本研究課題が採択され、当初の3年間がコロナ禍にあったことがある。この間、実験時間の制約、臨床系講座の大学院生の病院への動員によるマンパワーの減少、物流トラブルによる試薬等の納入時期の遅延、外注環境の悪化等で研究の進行が大きく妨げられた。また、もう一つ、コロナ禍真っ最中のR3年度からコロナ禍からの回復期であるR5年度末までの3年間、研究代表者と分担者・大学院生が本来は常駐すべき歯学部棟が改修工事のため、複数の避難場所に実験室や居室がバラバラに散らばり、極めて不自由な実験環境におかれたことが、コロナ被害を大きくし、コロナ禍後の回復をも大きく遅延させたことがあげられる。
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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: コンドロニュートリゲノミクスの一例として、R5年度にアミノ酸代謝産物SAMの軟骨分化機能亢進作用の作用メカニズムとして、SAMが軟骨分化促進作用のあるポリアミンの材料源になるだけでなく、各種軟骨分化関連遺伝子の遺伝子発現を誘導すること、即ち情報伝達分子として機能することを明らかにして、国際雑誌に発表した。今後は、どの遺伝子の発現亢進がどの遺伝子の発現を誘発するかなどそのカスケードを明らかにすると共に、その分子メカニスム、特にメチル化との関連を調べる。また、軟骨内SAMレベルを上昇させる栄養・代謝物や機能分子を探索する。さらに、アミノ酸代謝産物だけでなく糖質及び脂質代謝物に関しても、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ベ、軟骨ニュートリゲノミクスの研究成果例を3大栄養素にまで拡げ、新研究領域コンドロニュートリゲノミクスをさらに開拓する。
2.コンドロニュートリジェネティクス: R5年度は、GDF5とCCN2の結合が軟骨細胞の増殖・分化に与える影響について、細胞の分化時期によるcontext-dependentな作用を発揮している可能性を示唆するデータを得た。そこで、軟骨細胞株HCS-2/8細胞やRCS細胞だけでなく、軟骨前駆細胞株ADTDC5、未分化間葉系細胞株C3H10T1/2を用いて軟骨発生初期から軟骨分化後期までの広範囲の分化過程を再現できる実験系を用いて両者の結合による軟骨細胞に対する作用を調べる。次いで、マウスの発生時期で両者が共局在する時期を解明して、培養系だけでなく、真にin vivoで発揮される作用が軟骨形成促進作用であることを示す。次いで、変形性関節症モデルマウス(GDF5ヘテロ欠損マウス)等の軟骨疾患マウスモデルを用いて、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 |
新型コロナ感染症は、R5年度のゴールデンウィーク後にインフルエンザ並みの第1類に分類され、行動制限も緩和されるようになり、漸く夏頃から学会活動も徐々に回復し始め、それに伴い研究活動も回復はしてきた。しかし、研究代表者や分担者が所属する岡山大学学術研究院医歯薬学域（歯学系）はその中心的研究施設である歯学部棟の改修がR3年度から3年間続き、R5年度末に漸く改修後の建物に帰ることができた。この間、研究代表者の居室や分担者・大学院生の居室、実験室等はキャンパス内の間借り建物に散在しており、研究打ち合わせ等の重要な議論も思うに任せず不自由な研究環境が続いた。コロナ禍での、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は、R5年に入り漸く少しずつ緩和され、R5年度には漸く当初の研究計画にあった新規実験に着手し始めた。しかし、R5年度末までは今度は改修工事の影響で、当初の計画からの遅れを取り戻すほどの研究活動の本格的な回復はできなかった。従って、当然のことながらこれらの新規実験等に必要な試薬等の消耗品は次年度であるR6年度に必要となる。また、高額な費用を要するメタボローム解析(外注)はその受注環境は改善してきたが、上記の2つの理由が重なって何を標的とするかの絞り込みの段階で遅延が生じたため、R6年度に行うことになるのでその費用も必要となる。
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[Presentation] S-アデノシルメチオニンによる軟骨細胞保護作用のメカニズム：ポリアミン合成と軟骨細胞関連遺伝子発現の相互作用2024
Author(s)
Hoang, L., Aoyama, E., Hiasa, M., Omote, H., Kubota, S., Kuboki, T., Takigawa, M.
Organizer
第36回日本軟骨代謝学会
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[Presentation] S-adenosylmethionine enhances chondrocyte differentiation via polyamine and chondrogenesis-related gene expression.2023
Author(s)
Hoang, L., Aoyama, E., Hiasa, M., Omote, H., Kuboki, T., Kubota, S., Takigawa, M.
Organizer
The 102nd IADR General session
Int'l Joint Research
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[Presentation] Positive regulation of S-adhenosylmethione on chondrocytic differentiation via stimulation of polyamine production and gene expression of chondrogenitic differentiation factors.2023
Author(s)
Hoang, L., Aoyama, E., Hiasa, M., Omote, H., Kubota, S., Kuboki, T., Takigawa, M.
Organizer
第41回日本骨代謝学会
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[Presentation] Positive regulation of S-adenosylmethionine on chondrocytic differentiation via stimulation of polyamine production and gene expression of chondrogenic differentiation factors2023
Author(s)
Hoang, L., Aoyama, E., Hiasa, M., Omote, H., Kubota, S., Kuboki, T., Takigawa, M.
Organizer
第14回日本CCNファミリー研究会
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