2023 Fiscal Year Research-status Report

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

Research Project

Project/Area Number	21K05499
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	石井智浩東京工業大学, バイオサイエンス統合支援センター, マネジメント教授 (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 – 2025-03-31
Keywords	オプトジェネティクス / 光遺伝学 / 破骨細胞 / 細胞分化 / RANK
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。前年までの研究では、破骨前駆細胞に光遺伝学ツールを導入したOpto-RANK細胞を作成し、その細胞は光照射により形態的にも機能的にも成熟破骨細胞の特徴を有する細胞に分化することを示した。本年度は、更に詳細な解析を行うことでOpto-RANK細胞の特徴を明らかにした。まず、細胞分化の初期応答としてMAPキナーゼカスケードが活性化することが知られていることから、Opto-RANK細胞への光照射による２つのMAPキナーゼ(p38とERK)のリン酸化をウエスタンブロットによりタンパク質レベルで調べた。光照射の条件毎にリン酸化の強さやタイミングを測定し、Opto-RANK細胞の初期応答を光でコントロールできることが確かめられた。次に光照射により骨吸収を空間的にコントロールできるかどうかを確かめる実験を行った。基質となるリン酸カルシウムで培養プレートの表面をコートし、Opto-RANK細胞を培養した。培養プレートの半分を遮光して光照射を行ったところ、光が照射された半分の領域にだけリン酸カルシウムの吸収が観察された。最後に細胞分化の阻害因子であるオステオプロテゲリンによってOpto-RANK細胞の分化が阻害されないことを確かめ、Opto-RANK細胞の分化誘導系がオステオプロテゲリン非感受性であることを明らかにした。以上の結果は、Opto-RANK細胞の分化誘導を光により自在に操ることができそれにより局所的な骨吸収制御が可能であるということ、また生体内で応用した場合に内在性のオステオプロテゲリンによって分化抑制の影響を受けないことを示しており、細胞療法としての医学的な応用可能性が期待できる。本研究成果を論文にまとめ、Scientific Reportsに掲載された。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 当初の主要な目的は、新規光遺伝学ツールを用いて光により破骨細胞の分化誘導を行うシステムを開発する、ということである。本年度はタンパク質レベルの解析、阻害因子を用いた研究、さらに光による空間的な細胞分化の制御という応用的な研究を行うことで目的はほぼ達成できたと考える。これまでの研究結果をまとめて論文を書き、Scientific Reports誌に投稿、掲載までやり遂げることができた。おおむね順調に進展したと判断している。
Strategy for Future Research Activity	当初の主要な研究目的は達成できたと言えるが、「開発したシステムを用いて細胞分化の分子メカニズムを詳細に解析する」といった応用面については、さらに研究を進めたい。光照射により細胞内シグナルタンパク質の活性を時空間的に操作することで、シグナルと細胞応答の関係を明らかにする。
Causes of Carryover	年度の途中で東京医科歯科大学から東京工業大学に移動したために、実験の中断を余儀なくされた。今回開発した破骨細胞分化システムを用いて、細胞分化における分子メカニズムの詳細な解析を行うために試薬等を購入する。また研究成果について学会発表を行う。