転写因子Runx2の標的遺伝子の同定と骨格形成における機能解析

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K09827
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 高畑 佳史 大阪大学, 大学院歯学研究科, 助教 (60635845)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 骨格形成 / Runx2 / 発生 / 軟骨

Outline of Annual Research Achievements

間葉系幹細胞は、自己複製能と、骨、軟骨、脂肪、骨格筋、腱や靭帯などへの多分可能を有する体性幹細胞である。
間葉系幹細胞から、ショウジョウバエの体節形成遺伝子のひとつRunt-related transcription factor2 (Runx2)が骨芽細胞の分化を支配するマスター遺伝子として同定された。このRunx2のノックアウト(KO)マウスは骨形成が完全に阻害され、その後の研究により、Osterix転写因子がRunx2の下流で働く転写因子であることが明らかにされた。Runx2およびOsterix転写因子の欠失は強力に骨形成を抑制し、これらの転写因子によって発現制御される標的遺伝子の存在は多数存在するにも関わらず、標的遺伝子のKOマウスでRunx2 KOマウスと同等の重篤な骨形成不全を示すものは明らかにされていない。
本研究ではRunx2とOsterixの下流遺伝子の中から細胞外マトリックス成分を構成するSPARC related modular calcium bindingファミリーに属するSmoc1, Smoc2遺伝子に着目し、骨格形成における遺伝子機能解析を行った。
Smoc1のKOマウスは発生過程で腓骨の消失、指の融合が観察された。一方、Smoc2のKOマウスは頭蓋形成において短頭型を示したが、全身の骨形成過程に与える影響は軽微であった。続いて、Smoc1とSmoc2はタンパク質相同性が高く、機能的に代償している可能性も考えSmoc1;Smoc2のダブルKOマウスの解析を行った。その結果、Smoc1;Smoc2ダブルKOマウスは頭蓋形成が阻害され、長官骨では内軟骨骨形成の遅延が認められた。
本研究成果として、Runx2の下流に存在する新規遺伝子としてSmoc1, Smoc2を同定し、これらの遺伝子が骨形成過程に必須であることを示した。