生体内破骨細胞のシングルセル解析による骨カップリング機構の解明

2020 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K22938
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 森本 彬人 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (10881740)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 破骨細胞 / 骨芽細胞 / 骨リモデリング

Outline of Annual Research Achievements

生体の骨は自ら再構築を行い、その強度を生涯にわたって維持する。この再構築の過程において破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成は釣り合っている必要があり、両細胞は密接にコミュニケーションをとっていると考えられている。生体内で破骨細胞は骨吸収を終えた後その性質を変化させて、骨吸収相から骨形成相へと移行させる(骨カップリングを行う)働きがあると考えられるが、破骨細胞と骨芽細胞が生体内でどのような分子メカニズムを介して互いを制御しているのか、詳細なメカニズムは明らかとなっていない。申請者は、個体を活かしたままで骨組織を観察する生体イメージング研究を通じて、破骨細胞と骨芽細胞が相互作用を行う様子を観察してきた。またこれらの技術に次世代シーケンサーやノックアウトマウスを用いた遺伝学的解析を組み合わせることで、破骨細胞と骨芽細胞のコミュニケーションに関わる分子を同定し、骨形成や骨再生を促進しうる新規骨再生医薬の開発につなげることを目指してきた。具体的には、生体骨組織の網羅的遺伝子発現解析を行うことで、セリンプロテアーゼ阻害作用をもつ低分子タンパク質SLPIが生体内の骨芽細胞で発現していることを同定し、骨芽細胞に直接的に作用して分化を促進し、骨芽細胞と破骨細胞の細胞間相互作用を増加することで、破骨細胞と骨芽細胞の両方の機能を制御し、骨量を維持することを明らかとした。この研究結果は2020年度に論文報告することができた(Morimoto et al., Nat Commun, 2021.)。今後は、骨カップリングが行われる際に破骨細胞内で起こる性質変化に着目し、その分子メカニズムについてさらに詳細な解析を進めていく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

骨組織内の遺伝学的解析を行った結果、骨カップリングを制御する一つの分子メカニズムを同定し、2020年度内にまず第一報を報告することができた。そのため、計画全体として極めて順調に進展している。またその後の解析についても現在解析が継続して進められている。

Strategy for Future Research Activity

今後、蓄積された網羅的遺伝子発現解析データの解析をさらに進める。また、同定された分子SLPIが骨吸収を制御するメカニズムをさらに解析する。これらの実験結果を統合し、骨カップリングを行う破骨細胞がいかにして性質を変化させるのか、その分子スイッチの同定に向けての解析を進めていく予定である。

Causes of Carryover

本年度は、経費としてその多くがかかるシングルセルレベルでの網羅的遺伝子発現解析にまだ本格的に着手できておらず、この解析にかかる経費を翌年分として請求している。また、旅費については新型コロナウイルス感染症の蔓延に伴い、学会発表等がオンラインとなったことから、使用額が少なくなり、その代わりに学会参加費用として使用した経費を「その他」の欄に記載した。

Research Products

• [Journal Article] SLPI is a critical mediator that controls PTH-induced bone formation (2021)
  • Author(s): Morimoto Akito、Kikuta Junichi、Nishikawa Keizo、Sudo Takao、Uenaka Maki、Furuya Masayuki、Hasegawa Tetsuo、Hashimoto Kunihiko、Tsukazaki Hiroyuki、Seno Shigeto、Nakamura Akira、Okuzaki Daisuke、Sugihara Fuminori、Ninomiya Akinori、Yoshimura Takeshi、Takao-Kawabata Ryoko、Matsuda Hideo、Ishii Masaru
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Pages: 2136
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22402-x
  • Peer Reviewed / Open Access