2023 Fiscal Year Research-status Report
タンパク分解酵素の活性化因子に着目した変形性関節症における軟骨の変性機序の検討
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22K09344
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| Research Institution | Clinical Research Center for Allergy and Rheumatology, National Hospital Organization, Sagamihara National Hospital |
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Principal Investigator |
岩澤 三康 独立行政法人国立病院機構(相模原病院臨床研究センター), 診療部・整形外科, 部長 (60574093)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福井 尚志 独立行政法人国立病院機構(相模原病院臨床研究センター), 外科系リウマチ研究室, 客員研究員 (10251258)
津野 宏隆 独立行政法人国立病院機構(相模原病院臨床研究センター), リウマチ性疾患研究部, 医長 (90792135)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 変形性関節症 / MMP / 軟骨変性 / プラスミン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は変形性関節症（OA）において、関節軟骨の変性消失が生じる機序の詳細を明らかにすることを目的に行われる。OAの軟骨変性については一般に軟骨細胞自身が産生する種々のタンパク分解酵素の作用により生じると考えられており、とくにMMP-1、3、13やADAMTS-4、5といった酵素について、その発現や発現機序に関して今までに多くの研究がなされてきた。しかしこれらのタンパク分解酵素は、そのほとんどがはじめ活性を持たない潜在型として産生され、プロぺプチド領域が切断されて活性型となることで初めて酵素活性を示すようになる。このためこれらのタンパク分解酵素が実際に軟骨基質を分解するには、酵素が産生されただけでなく、さらに活性化される必要がある。しかしながらOAの軟骨変性の過程でこれらの酵素の活性化がどのような機序によって生じるのか、さらに活性化はどのように制御されているのかについては、ごく限られた知見しか得られていなかった。このため本研究ではタンパク分解酵素の活性化に着目して軟骨の変性消失の機序について探索を行った。
研究代表者らは本研究開始に先立ってOA軟骨から採取されたRNAを用いて遺伝子の網羅的な発現解析を行い、OA軟骨の変性部ではウロキナーゼ（uPA）と組織型プラスミノーゲンアクチベーター（tPA）という2種のプラスミノーゲン・アクチベーターの発現がともに亢進していることを見出した。さらにこの結果に基づいてOA軟骨からタンパクを抽出して予備的検討を行い、OA軟骨変性部では実際に非変性部に比してプラスミンの活性が大幅に上昇している可能性を見出した。プラスミンは種々のMMPの活性化を引き起こす作用があり、その作用によって軟骨の変性消失を引き起こしうる。このため本研究では、軟骨変性部においてプラスミン活性が上昇する機序の詳細の解明を目指した。
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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
研究初年度の2022年は新たに16例の末期OA膝関節において軟骨の肉眼的な非変性部と変性部から軟骨組織を採取し、それらからタンパク抽出液を調整してその解析を行った。その結果、軟骨変性部からは非変性部に比して明らかに多量のプラスミンが抽出され、また変性部からの抽出タンパクでは非変性部に比してtPA、uPAの活性がいずれも高いことを見出した。しかしtPAの活性はuPAより明らかに高く、さらにtPAの活性は、軟骨変性部からの抽出液においてプラスミン活性との間に有意の正の相関関係が認められた。同じ検体を用いたLuminexによる計測では、軟骨変性部からの抽出タンパクには非変性部に比してtPA、uPA、PAI-1、uPARがいずれも有意に多量に含まれていたが、抽出量は酵素活性の強さと同様にuPAに比してtPAの方が明らかに多いことも確認された。研究初年度にこのように線溶現象に関わる因子の解析が比較的順調に進んだことから、本年度は同じタンパク抽出液についてMMPの活性を検討した。まず初めにMMP-1の酵素活性を計測したところ、その活性は予想通り軟骨非変性部に比して軟骨変性部からの抽出液において有意に高く、さらに変性部からの抽出タンパクにおいてMMP-1の酵素活性と前年度計測したプラスミン活性との間に有意の正の相関関係も認められた。この結果は軟骨変性部においてプラスミンがMMPの活性化を誘導して軟骨変性を進めるという代表者らの仮説と一致するものである。しかし一方、同じタンパク抽出液を用いた計測では、MMP-1とともにOAの関節液中に多量に存在するMMP-2、3については軟骨変性部、非変性部とも酵素活性がほとんど検出されないという結果となった。軟骨変性部においてプラスミン活性が亢進しているにもかかわらずこれらの活性が亢進していない理由は現段階では不明で、その解明は次年度の課題と考えられた。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究最終年度となる2024年度には以下の2つの課題について解明を進める。課題の第一はOA軟骨変性部においてtPA、uPAの発現が亢進する機序の解明である。代表者らは本研究を開始する以前に、軟骨細胞が周囲のマトリクスの変化に応じてuPA、tPAを発現するようになることを見出している。ヒト関節軟骨細胞には複数のインテグリンが発現しており、インテグリンからの細胞内シグナルによって軟骨細胞の挙動が大きく影響されることが知られている。これらの知見から、代表者らは現在、uPA、tPAの発現が特定のインテグリンの活性化によるのではないかと考えており、2024年度にはまずこの可能性について検討を行う。この検討はアルジネートビーズを用いて三次元培養された軟骨細胞を用いて行う予定で、三次元培養された細胞に軟骨細胞において発現することが知られているインテグリンヘテロダイマーに対する種々のリガンドを加えてuPA、tPAの発現の変化を調べることによってどのヘテロダイマーがそれらの発現に関与するのかをまず明らかにする。
2024年度に解明を目指す課題の第二は、軟骨変性部におけるMMPの間の活性化の差がなぜ生じたのかを明らかにすることである。前項で述べたように代表者らは軟骨変性部においてMMP-1の活性は亢進しているが、同じ検体で計測したMMP-2、3の活性は変性部、非変性部とも非常に低いという結果を得た。MMP-1の活性化はプラスミンの作用によると考えられるが、なぜ他のMMPの活性が同時に誘導されないのかについて検討を行う。MMP間の活性の差については現在、プラスミンによる活性率が異なる可能性、TIMPやα2-macroglobulinによる抑制効率が異なる可能性の2つの可能性を考えており、まずこの2つの可能性について検討を行う。
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| Causes of Carryover |
研究第3年度はアルジネートビーズを用いて三次元培養された軟骨細胞を用いて行う予定で、uPA、tPAの発現の変化を調べることによってどのヘテロダイマーがそれらの発現に関与するのかをまず明らかにするため、相応の経費が必要となり、加えてプラスミンによる活性率が異なる可能性、TIMPやα2-macroglobulinによる抑制効率が異なる可能性を検討するための研究経費が必要となり本年度の研究経費の一部を次年度へ繰越すことにした
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