新規光遺伝学ツールを用いた破骨細胞分化メカニズムの解明

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K05499
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 石井 智浩 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 講師 (60549947)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中田 隆夫 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (50218004)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: オプトジェネティクス / 光遺伝学 / 破骨細胞 / 細胞分化

Outline of Annual Research Achievements

本研究は破骨前駆細胞に光遺伝学ツールを導入し、光照射により細胞分化を誘導し成熟破骨細胞を作り出すことを目的としている。前年、レトロウイルスベクターにより光遺伝学ツールを導入した破骨前駆細胞（光応答細胞）の培養中に特定の条件で光照射を行うことで、酒石酸抵抗性酸性ホスファターゼ(TRAP)活性をもつ破骨細胞が得られることを確認した。TRAP陽性は破骨細胞分化のマーカーとして広く利用されている。本年度は、光応答細胞の分化の状態を遺伝子発現と破骨細胞の機能という２つの観点から詳細に解析した。発現している遺伝子の状態は定量PCRにより解析した。TRAPやMmp9など成熟破骨細胞で発現が上昇することが良く知られている遺伝子群について解析したところ、光応答細胞においてもこれら遺伝子群の発現量の増加が確認された。つまり得られた細胞は発現遺伝子レベルでも成熟破骨細胞の特徴を示していることが明らかになった。また破骨細胞特有の機能として骨吸収能があり、これをピットフォーメーションアッセイにより解析した。このアッセイでは培養皿をリン酸カルシウムでコーティングしておき、培養した破骨細胞に骨吸収能があれば、リン酸カルシウムの結晶が溶かされ、丸い跡が残る。光応答細胞の分化を光により誘導したところ、リン酸カルシウムの結晶が溶かされた痕跡が培養皿に広く観察された。このことから機能の側面から見ても、得られた細胞は破骨細胞の特徴を有していることが確認された。以上のように、作成した光応答細胞は光により分化誘導を行うと、発現遺伝子においても、機能の面でも成熟破骨細胞の特徴をもつ細胞になることが明らかになった。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の目標は、昨年度の研究で得られた光応答細胞について、その特徴を解析することであった。定量PCRやピットフォーメーションアッセイによって、光応答細胞が遺伝子発現や機能において、成熟破骨細胞の特徴を有していることを明らかにすることができ、十分な進展が見られたと考えている。

Strategy for Future Research Activity

今年度の研究では、作成した光応答細胞が実際に光照射により破骨細胞に分化することを確認することができたので、今後はこの細胞の応用的な研究を進める。光遺伝学ツールを使うことのメリットとして時間的・空間的に細胞内シグナルを操作できる点がある。細胞内シグナルの活性化を時間的に制御して分化シグナルの量的・時間的意味を探る実験および骨吸収する領域を光で操作する実験を行う。

Causes of Carryover

データがまとまりつつあり、学会発表は次年度に行うことにしたため、学会参加費用がかからなかった。物品費については生化学実験や培養細胞実験用の一部費用が残ったが、次年度に同様の実験に使用する。