2022 Fiscal Year Research-status Report
脊柱靱帯骨化症に対する新しい骨化抑制療法に向けたエピジェネティクス解析
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21K09276
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| Research Institution | Shiga University of Medical Science |
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Principal Investigator |
彌山 峰史 滋賀医科大学, 医学部, 講師 (60362042)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
森 幹士 滋賀医科大学, 医学部, 准教授 (30467386)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 後縦靱帯骨化症 / 黄色靱帯骨化症 / 内軟骨性骨化 / エピジェネティクス / DNAメチル化 / サイトカイン解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
脊柱靱帯骨化症（後縦靭帯骨化症: OPLL、黄色靭帯骨化症: OLF）は重篤な脊髄症状を生じる疾患であるが、本症に対する治療は神経症状への対症療法や外科的骨化切除術に限られており、疾患の発生、進行を抑制する根治的な治療法は未だ確立されていない。基礎研究によって脊柱靭帯骨化症に関する新しい知見を得ることは、今後の新しい治療法の開発に極めて有用と考えられる。
脊柱靭帯骨化症の病態に関与する全身性因子として、遺伝的背景が深く関与することが報告されているが、これに対して加齢性の退行性変化、代謝性疾患、生活環境因子など、多くのエピジェネティクス因子の関与が指摘されている。肥満、糖尿病、喫煙、ホルモンバランスの変化などはOPLL/OLFの病態に関与する因子であり、これらのことから本症の発症には多因子素因が複雑に混在することが推測される。
全ての脊柱靭帯骨化の病理組織像において、骨化巣に近接して骨化前線が存在しており、骨化前線における細胞分化機構は本症の疾患形成の本幹の1つと考えられる。令和3年度は骨化前線の組織学的検討を行い、anti 5-hydroxy-methylated-cytosin （5-hmC）の発現を免疫染色にて観察した。その結果、骨化前線の間葉系細胞に5-hmcは強く発現しており、骨化前線の細胞分化に中心的役割を果たすことが考えられた。この結果を受け、令和４年度は骨化靭帯由来の培養細胞を用いて、網羅的ＤＮＡメチル化解析を行った。解析結果からOPLL/OLFには疾患特異的なＤＮＡメチル化が存在することを明らかにでき、靭帯骨化の病態に関与する因子について、ＤＮＡメチル化解析を継続している。
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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
エピジェネティクスは、環境刺激により変化した遺伝情報の活性状態を記録、伝達、維持するための染色体領域の構造適応として定義され、DNAの1次構造に影響を与えずに遺伝子発現を変化させるものであり、さまざまな環境要因により後天的に引き起こされる。広義のエピジェネティクス修飾にはDNAメチル化、ヒストン修飾、microRNAによる遺伝子発現制御が含まれ、発生、細胞死、細胞増殖など様々な生物学的プロセスに関与しており、組織・細胞特異性と時空特異性を有することが大きな特徴である。近年の研究においてがん、代謝性疾患、神経疾患、免疫疾患など様々な後天的疾患にエピジェネティクス修飾が関与することが明らかとなり、新しい治療標的として非常に注目されている領域である。
OPLL、OLF、比較対照の頚椎症性脊髄症の各症例から靭帯組織由来培養細胞を作成し、網羅的DNAメチル化解析を行った。対照群とOPLL群のDNAメチル化発現を対比すると、458,119種のプローブが抽出された。p<0.01、メチル化率>25%を条件とすると、648（0.138%）種が挙げられた。このうち、60.5%がメチル化、39.5%が脱メチル化を生じていた。同様に対照群とOLF群のDNAメチル化発現を対比すると、485,413種のプローブが抽出された。p<0.01、q<0.05、メチル化率>25%を条件とすると、6853（1.41%）種が挙げられた。このうち、74.6%がメチル化、25.4%が脱メチル化を生じていた。今後、これらDNAメチル化および脱メチル化がもたらす意味、役割について観察するとともに、メチル化DNAの標的因子との関連性を検討する予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
DNA構造の変化を伴わずに遺伝子発現を変化させるエピジェネティクス修飾は多くの疾患形成に密接に関連するとされるが、脊柱靭帯骨化に関連したエピジェネティクス制御機構についての知見は国内外において非常に限られている。広義のエピジェネティクスであるmicroRNAに関しては、我々の報告を含めて4－5種類のOPLLに特異的なmicroRNAの発現が報告されているが、DNAメチル化やヒストン修飾についての報告は存在しない。DNAメチル化はエピジェネティクスの中心的存在であり、発生、分化、加齢といった広範な生命現象に関連し、細胞・組織特異性を規定する作用があり、またヒストン修飾は遺伝子発現の調節やアポトーシス等に影響することが指摘されている。本研究はこれまで解明されなかった脊柱靭帯骨化の“個体差”や脊柱靭帯に限局するという“局在性”に対する新たなアプローチであり、エピジェネティクス制御を標的とした新しい骨化抑制療法の開発に寄与するだけでなく、骨増殖性疾患である変形性関節症や骨粗鬆症に代表される骨代謝性疾患といった他領域に対しても、骨芽細胞分化の制御機構の解析という点で有用な知見をもたらしうる可能性がある。
令和5年度はこれまでの研究を継続する計画であり、特に網羅的DNAメチル化解析において有意に抽出されたDNAの標的遺伝子について、OPLL/OLFの病態に関連するものを中心に解析を進める予定である。また、OPLLとOLFの比較も同時に行い、共通点が非常に多い脊柱領域の骨化症であるが、骨化に関連する因子に相違点が存在するかどうかについて検討したいと考えている。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍により、特に海外発表の機会が制限され、旅費の残高がありました。また、本研究の対象は手術加療によって得られるものであり、適応となる症例が限られていたため、消耗品を中心に、予定よりも費用がかかりませんでした。これらの理由から、次年度使用額が生じたと考えられます。
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[Journal Article] Cytokine Profile From the Ligamentum Flavum in Patients with Ossification of the Posterior Longitudinal Ligament in the Cervical Spine2022
Author(s)
Yayama T, Mori K, Saito H, Fujikawa H, Kitagawa M, Okumura N, Nishizawa K, Nakamura A, Kumagai K, Mimura T, Imai S.
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Journal Title
Spine
Volume: 47
Pages: 277-285
DOI
Peer Reviewed
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