2022 Fiscal Year Research-status Report
Role of cytoskeletal protein 4.1G on bone formation and improvement in pathophysiology of osteoporosis
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21K06059
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| Research Institution | Teikyo University |
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Principal Investigator |
斎藤 将樹 帝京大学, 薬学部, 講師 (50400271)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 岳哉 東北大学, 医学系研究科, 准教授 (10312696)
森 優 東北大学, 大学病院, 講師 (70634541)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 骨粗鬆症 / 骨形成 / 4.1Gタンパク質 / 一次繊毛 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
骨は、骨芽細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収によって常に代謝回転しており、正常な骨組織が維持される。閉経によってエストロゲン量が減少すると、骨芽細胞活性が減少し破骨細胞活性が上昇するため、両細胞の活性バランスが破綻し骨粗鬆症を発症する。骨粗鬆症の治療には主に、若年期や軽症患者には骨吸収抑制薬を用い、重症化すると骨形成促進薬を用いる。しかし、若年期や軽症患者にも適応可能な骨形成促進薬を開発すれば治療法の選択肢となり、重症化リスクを軽減できる可能性が考えられる。骨芽前駆細胞が骨芽細胞に成熟 (骨芽細胞分化) する過程は骨形成に不可欠であるが、その制御機構には不明のことが多い。4.1Gは細胞膜直下で種々の膜タンパク質やアクチン線維と結合し、細胞の形態や膜タンパク質の細胞膜局在を維持する。一方、一次繊毛は細胞外に形成される不動性のシグナル受容器であり、骨芽前駆細胞に形成される一次繊毛は、ヘッジホッグシグナルを受容すると骨芽細胞分化を促進する。昨年度は新生仔マウス脛骨を用いた解析により、4.1Gが骨芽前駆細胞の一次繊毛形成を促進し、骨芽細胞分化シグナルの惹起を通じて骨形成を進行する役割のあることが明らかになった。本年度は4週齢マウス脛骨を用いて解析したところ、4.1Gが雌性で骨構造を維持する役割を担うが、雄性では担わないことが見出された。しかし、一次繊毛形成や4.1G発現には性差があるという知見はない。そこで、骨形成に重要な役割を担う女性ホルモン（エストロゲン）の役割を一次繊毛/4.1G系が調節する可能性について、次年度検討する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
骨形成促進薬の開発には、不明のことが多い骨形成の分子制御機構を理解することが必要である。代表者はこれまで、4.1Gが骨芽前駆細胞において一次繊毛形成を促進し、骨芽細胞分化シグナルと骨形成を亢進する役割のあることを見出した (Saito et al., Int. J. Mol. Med., 2022)。すなわち、4.1G発現量および一次繊毛活性が骨形成の進行を決定づける重要な因子であることが理解された。
本年度は、4週齢脛骨を用いて骨構造を解析した。その結果、雄性では野生型と4.1G-KOマウスの間に差異は見られなかったが、雌性では4.1G-KOマウスで骨構造が低下した。このことは、4週齢では4.1Gが雌性依存的な骨構造維持機構を有することを示唆する。その分子調節機構として、エストロゲンの関与が推測される。しかし、エストロゲン依存的な骨形成における4.1G/一次繊毛系の役割は未解明であり、次年度の課題である。
今年度中にエストロゲン受容体に関する分子調節機構をある程度解明したかったが、異動があったため思うように研究が進展しない時期があった。
全体として、研究は順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
骨粗鬆症患者のうち80%を女性が占めるため、雌性で優位に働く骨形成機構の解明が期待される。エストロゲンは骨構造維持に中心的な役割を担うことは周知である。次年度では、そのエストロゲン依存的な骨形成における4.1G/一次繊毛系の役割を検討する。具体的には、骨芽細胞分化や一次繊毛形成に関与し、かつ4.1Gが機能を制御するエストロゲン受容体を同定する。そのため、エストロゲン受容体をノックダウンしたMC3T3-E1細胞において一次繊毛形成能、ヘッジホッグシグナルの惹起、および骨芽細胞分化能 (アルカリホスファターゼ活性、分化関連遺伝子発現) を解析する。さらに、見出されたエストロゲン受容体の機能が4.1Gノックダウンによって抑制されることを示す。また、4.1Gとエストロゲン受容体の細胞内局在および一次繊毛局在を、免疫蛍光染色法で示す。内在性エストロゲン受容体を認識する市販抗体が存在しない場合には、緑色蛍光タンパク質融合エストロゲン受容体の発現プラスミドを作成し、MC3T3-E1細胞に発現して検討する。
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| Causes of Carryover |
研究は順調に進んだものの、大学の異動により実験できない時期があったため、今年度研究費に未使用分が生じた。また、日本生化学会東北支部第88回例会・シンポジウムが直前の身内の不幸で参加を取りやめたこと、および第73回日本薬理学会北部会が新型コロナウイルス感染のためZoom参加になったことのため、出張費がかからなかった。
次年度は性差依存的な骨形成機構を解明するための物品費に充て、さらに対面式の学会が増えると予想されるため出張費にも充てる。
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