Effects of defective glucose metabolism in osteocytes on osteoclastogenesis and orthodontic tooth movement

2023 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K10236
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 北浦 英樹 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (60295087)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 溝口 到 東北大学, 歯学研究科, 教授 (20200032) ; 野口 隆弘 東北大学, 大学病院, 助教 (20907430) ; 大堀 文俊 東北大学, 歯学研究科, 助教 (90937129)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 骨細胞 / 糖代謝 / 矯正学的歯の移動 / 破骨細胞 / マウス

Outline of Annual Research Achievements

近年、糖尿病、高血圧、肥満などの生活習慣病が増加している。また、矯正歯科領域においても様々な生活習慣病を有する患者が増加している。この中で糖尿病では、破骨細胞の増加により骨密度が減少し骨折のリスクが高くなることが大きな問題となっている。また、歯周病によって、歯槽骨吸収が増加することも糖尿病の大きな問題である。矯正歯科領域でも骨を吸収して歯が移動することから糖代謝は、重要な関係性があると考えている。近年、骨細胞が破骨細胞形成に重要な役割を果たしていることがわかった（Nakashima et al. Nat Med, 2011）。そこで本研究では糖代謝不全骨細胞の破骨細胞誘導能への影響を解明するために、糖代謝不全骨細胞をin vitroで作成し、さらに細胞内糖輸送に関連するグルコーストランスポーターであるGLUT1をコードするSlc2a1をloxPで挟んだSlc2a1tm1.1Stma マウスにDmp1-Creマウスを交配し骨細胞特異的にGLUT1遺伝子欠損することで骨細胞特異的糖代謝不全マウスを作成し、破骨細胞形成および骨吸収を解析し、骨細胞糖代謝の骨代謝および糖尿病へ関与、さらに矯正学的歯の移動への影響を明らかにすることが目的である。このマウスを作成するためにSlc2a1をloxPで挟んだSlc2a1tm1.1Stma マウスの凍結胚よりマウスを作成し、クリーン化を行い、繁殖を開始した。現在、骨細胞においてfloxed配列を切除するDmp1-Creマウスの凍結胚よりマウスを作成し、クリーン化が終わり繁殖を開始した。現在、Slc2a1tm1.1StmaマウスとDmp1-Creマウスを交配しGLUT1骨細胞特異的欠損マウスを作成し、繁殖を開始した。現在、解析のためにさらに個体数を増加させるため、マウスの繁殖を継続している。個体数が確保できたら、解析する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

GLUT1をコードするSlc2a1をloxPで挟んだSlc2a1tm1.1Stma マウスおよびDmp1-Creマウスの到着が遅れたため、目的の骨細胞特異的にGLUT1遺伝子欠損することで骨細胞特異的糖代謝不全マウスの作成が遅れたため。

Strategy for Future Research Activity

グルコーストランスポーターであるGLUT1をコードするSlc2a1をloxPで挟んだSlc2a1tm1.1Stma マウスにDmp1-Creマウスを交配し骨細胞特異的にGLUT1遺伝子欠損することで骨細胞特異的糖代謝不全マウス（Glut1ocy-/-）ができた。このマウスの繁殖が進みマウスの数が必要数集まり次第Glut1ocy-/-マウスモデルの特性を検討する。GLUT1の発現を5-6日齢の野生型（Wild tpe以下WTとする）およびGlut1ocy-/-マウスの頭蓋骨にコラゲナーゼおよびEDTAを用いて段階的な酵素処理を行い、得られたFraction3-5の骨細胞リッチフラクションを回収する。骨細胞リッチフラクションにおけるGLUT1のmRNAレベルをreal-time RT-PCRで確認する。また、タンパク質レベルでは単離した骨細胞のウエスタンブロットを用いて確認する。 Glut1ocy-/-マウスとWTの骨細胞リッチフラクションの細胞をグルコースアッセイキットを用いてグルコースの取り込み率を比較する。モデルマウスの表現型を調べるGlut1ocy-/-マウスとWTの骨体積/海綿体体積、骨細胞数、骨芽細胞数、破骨細胞数/骨面積、皮質骨厚、海綿体骨厚等を組織形態学的な骨分析を用いて調べ比較する。Glut1ocy-/-マウスとWT から得た骨細胞および骨芽細胞の発現する分子をreal-time RT-PCRで調べる。オステオカルシン、RANKL/OPG、スクレロスチン、Dmp1、 FGF23、PHEXなど、骨のターンオーバー状態と骨のミネラルホメオスタシスを反映する分子を調べる。 Glut1ocy-/-とWTマウスのTNF-αやIL-6などの全身の炎症マーカーも測定する。

Causes of Carryover

購入予定だったマウスの到着が遅かったため、解析が遅れており次年度に解析を行うため。

Research Products

• [Journal Article] (D-Ala2)GIP Inhibits Inflammatory Bone Resorption by Suppressing TNF-α and RANKL Expression and Directly Impeding Osteoclast Formation (2024)
  • Author(s): Lin Angyi、Kitaura Hideki、Ohori Fumitoshi、Noguchi Takahiro、Marahleh Aseel、Ma Jinghan、Ren Jiayi、Miura Mariko、Fan Ziqiu、Narita Kohei、Mizoguchi Itaru
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 25 Pages: 2555～2555
  • DOI: 10.3390/ijms25052555
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Generating Bone Marrow Chimeric Mouse Using GPR120 Deficient Mouse for the Study of DHA Inhibitory Effect on Osteoclast Formation and Bone Resorption (2023)
  • Author(s): Ma Jinghan、Kitaura Hideki、Ohori Fumitoshi、Noguchi Takahiro、Marahleh Aseel、Kinjo Ria、Kanou Kayoko、Ren Jiayi、Miura Mariko、Narita Kohei、Mizoguchi Itaru
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 24 Pages: 17000～17000
  • DOI: 10.3390/ijms242317000
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Azilsartan inhibits inflammation-triggered bone resorption and osteoclastogenesis in vivo via suppression of TNF-α expression in macrophages (2023)
  • Author(s): Fan Ziqiu、Kitaura Hideki、Ren Jiayi、Ohori Fumitoshi、Noguchi Takahiro、Marahleh Aseel、Ma Jinghan、Kanou Kayoko、Miura Mariko、Narita Kohei、Lin Angyi、Mizoguchi Itaru
  • Journal Title: Frontiers in Endocrinology Volume: 14 Pages: 1207502
  • DOI: 10.3389/fendo.2023.1207502
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The osteocyte and its osteoclastogenic potential (2023)
  • Author(s): Marahleh Aseel、Kitaura Hideki、Ohori Fumitoshi、Noguchi Takahiro、Mizoguchi Itaru
  • Journal Title: Frontiers in Endocrinology Volume: 14 Pages: 1121727
  • DOI: 10.3389/fendo.2023.1121727
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Fermented Rice Bran Supplementation Inhibits LPS-Induced Osteoclast Formation and Bone Resorption in Mice (2023)
  • Author(s): Noguchi Takahiro、Kitaura Hideki、Marahleh Aseel、Agista Afifah Zahra、Ohsaki Yusuke、Shirakawa Hitoshi、Mizoguchi Itaru
  • Journal Title: Nutrients Volume: 15 Pages: 3044～3044
  • DOI: 10.3390/nu15133044
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Docosahexaenoic acid inhibits TNF-α-induced osteoclast formation and orthodontic tooth movement through GPR120 (2023)
  • Author(s): Ma Jinghan、Kitaura Hideki、Ogawa Saika、Ohori Fumitoshi、Noguchi Takahiro、Marahleh Aseel、Nara Yasuhiko、Pramusita Adya、Kinjo Ria、Kanou Kayoko、Kishikawa Akiko、Ichimura Atsuhiko、Mizoguchi Itaru
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 13 Pages: 17000
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.929690
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Three-dimensional morphologic analysis of the maxillary alveolar bone after anterior tooth retraction with temporary anchorage devices (2023)
  • Author(s): Ito Arata、Mayama Atsushi、Oyanagi Toshihito、Ogura Hiroki、Seiryu Masahiro、Fukunaga Tomohiro、Kitaura Hideki、Mizoguchi Itaru
  • Journal Title: The Angle Orthodontist Volume: 93 Pages: 667～674
  • DOI: 10.2319/120122-827.1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] <scp>CD40‐CD40</scp> ligand interaction between periodontal ligament cells and cementoblasts enhances periodontal tissue remodeling in response to mechanical stress (2023)
  • Author(s): Yamamoto Yu、Fujihara Chiharu、Nantakeeratipat Teerachate、Matsumoto Masahiro、Noguchi Takahiro、Kitagawa Masae、Yamada Satoru、Takata Takashi、Kitaura Hideki、Murakami Shinya
  • Journal Title: Journal of Periodontal Research Volume: 58 Pages: 1261～1271
  • DOI: 10.1111/jre.13182
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 塩分による高血圧が骨粗鬆症を誘発するメカニズムの解明 (2023)
  • Author(s): 北浦英樹
  • Organizer: 高血圧フォーラム2023
  • Invited
• [Presentation] High Glucose induces alternative splicing changes in primary osteocytes with minimal transcriptional alterations. (2023)
  • Author(s): Marahleh A, Rashad S, Kitaura H, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Mizoguchi I.
  • Organizer: Cell Bio
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Involvement of osteocyte necroptosis on osteoclastogenesis during orthodontic tooth movement (2023)
  • Author(s): hori F, Kitaura H, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Ren J, Ren J, Narita K, Mizoguchi I.
  • Organizer: The 71st Annual Meeting of Japanese Association for Dental Reaearch
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The transcriptomic landscape of hyperglycemic osteocytes. (2023)
  • Author(s): Marahleh A, Kitaura H, Rashad S, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Mizoguchi I.
  • Organizer: The 82nd Annual Meeting of the Japanese Orthodontic Society.
• [Presentation] Analysis of DHA effects on osteoclastogenesis through GPR120 in a bone marrow chimeric mouse model. (2023)
  • Author(s): Ma J, Kitaura H, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Kinjo R, Kanou K, Mizoguchi I.
  • Organizer: The 82nd Annual Meeting of the Japanese Orthodontic Society
• [Presentation] Azilsartan attenuates LPS-induced osteoclastogenesis and bone resorption via inhibition of TNF-α expression in macrophages. (2023)
  • Author(s): Fan Z, Kitaura H, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Narita K, Lin A, Mizoguchi I.
  • Organizer: The 82nd Annual Meeting of the Japanese Orthodontic Society
• [Presentation] Hyperglycemia induces extensive alternative splicing changes in osteocytes with minimal transcriptional alterations. (2023)
  • Author(s): Marahleh A, Rashad S, Kitaura H, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Mizoguchi I.
  • Organizer: American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effect of DAMPs released from osteocyte necroptosis on osteoclastogenesis. (2023)
  • Author(s): Ohori F, Kitaura H, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Ren J, Narita K, Ren J, Mizoguchi I.
  • Organizer: American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Docosahexaenoic acid inhibits TNF-α-induced osteoclast formation and bone resorption through GPR120. (2023)
  • Author(s): Ma J, Kitaura H, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Kinjo R, Kanou K, Mizoguchi I.
  • Organizer: American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Azilsartan inhibits inflammation-triggered bone resorption and osteoclastogenesis in vivo via suppression of TNF-α expression in macrophages. (2023)
  • Author(s): Fan Z, Kitaura H, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Narita K, Lin A, Mizoguchi I.
  • Organizer: American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Angiotensin-(1-7) attenuated LPS-induced osteoclastogenesis and bone resorption via inhibiting the activation of MAPK pathway in macrophages. (2023)
  • Author(s): Ren J, Kitaura H, Noguchi T, Ohori F, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Narita K, Mizoguchi I.
  • Organizer: American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] RNA sequencing analysis of osteoclast related genes in osteocyte-like cell line cultured in hypoxic environment. (2023)
  • Author(s): Narita K, Kitaura H, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Ren J, Mizoguchi I.
  • Organizer: American Society for Bone and Mineral Research 2023 Annual Meeting.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Hyperglycemia induces extensive alternative splicing changes in osteocytes with minimal transcriptional alterations. (2023)
  • Author(s): Marahleh A, Rashad S, Kitaura H, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Mizoguchi I.
  • Organizer: ASBMR Pre-Meeting Symposium on Osteocytes in Bone Health and Disease and as Therapeutic Target Cells.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Effect of DAMPs released from osteocyte necroptosis on osteoclastogenesis. (2023)
  • Author(s): Ohori F, Kitaura H, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Ren J, Narita K, Ren J, Mizoguchi I.
  • Organizer: ASBMR Pre-Meeting Symposium on Osteocytes in Bone Health and Disease and as Therapeutic Target Cells.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Azilsartan inhibits inflammation-triggered bone resorption and osteoclastogenesis in vivo via suppression of TNF-α expression in macrophages. (2023)
  • Author(s): Fan Z, Kitaura H, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Narita K, Lin A, Mizoguchi I.
  • Organizer: ASBMR Pre-Meeting Symposium on Osteocytes in Bone Health and Disease and as Therapeutic Target Cells.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] RNA sequencing analysis of osteoclast related genes in osteocyte-like cell line cultured in hypoxic environment. (2023)
  • Author(s): Narita K, Kitaura H, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Ren J, Mizoguchi I.
  • Organizer: ASBMR Pre-Meeting Symposium on Osteocytes in Bone Health and Disease and as Therapeutic Target Cells.
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Effect of long-acting glucose-dependent insulinotropic polypeptide analogue on inflammation-induced osteoclast formation and bone resorption. (2023)
  • Author(s): Lin A, Kitaura H, Ren J, Marahleh A, Ohori F, Noguchi T, Ma J, Kanou K, Miura M, Narita K, Lin A, Fan Z, Mizoguchi I.
  • Organizer: The 18th International Workshop on Biomaterials in Interface Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Azilsartan Suppresses LPS-Induced Bone Resorption and Osteoclast Formation in vivo by Inhibiting TNF-α Expression in Macrophages. (2023)
  • Author(s): Fan Z, Kitaura H, Ren J, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Narita K, Lin A, Mizoguchi I.
  • Organizer: The 18th International Workshop on Biomaterials in Interface Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Angiotensin-(1-7) alleviated LPS-induced osteoclastogenesis and bone resorption via dampening of MAPK pathway in macrophages. (2023)
  • Author(s): Ren J, Kitaura H, Noguchi T, Ohori F, Marahleh A, Ma J, Kanou K, Miura M, Narita K, Mizoguchi I.
  • Organizer: The 80th Tohoku Daigaku Shigakukai
• [Presentation] Docosahexaenoic acid suppresses osteoclast formation and orthodontic tooth movement via GPR120. (2023)
  • Author(s): Ma J, Kitaura H, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Kinjo R, Kanou K, Mizoguchi I.
  • Organizer: CA+inD International Symposium 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Study of expression osteoclast differentiation-related genes in osteocytes by TNF-α stimulation using RNA sequencing. (2023)
  • Author(s): Miura M, Kitaura H, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Kinjo R, Ma J, Kano K, Mizoguchi I.
  • Organizer: CA+inD International Symposium 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Analysis of mechanism of accelerated tooth movement by micro-osteoperforations. (2023)
  • Author(s): Kinjo R, Kitaura H, Ohori F, Noguchi T, Marahleh A, Ma J, Kano K, Mizoguchi I.
  • Organizer: CA+inD International Symposium 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒストンメチル化酵素SET7/9が破骨細胞分化に及ぼす影響について (2023)
  • Author(s): 野口隆弘、北浦英樹、大堀文俊、Marahleh Aseel、Ma Jinghan、加納佳与子、三浦まり子、成田昂平、溝口到
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] 老齢マウスにおける矯正学的歯の移動および破骨細胞形成の解析とそのメカニズムの解明 (2023)
  • Author(s): 加納佳与子、北浦英樹、野口隆弘、大堀文俊、Aseel Marahleh、金城里阿、Jinghan Ma、三浦まり子、成田昂平、溝口到
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] 低酸素環境における骨細胞様細胞(MLO-Y4細胞)のRNAシーケンス解析 (2023)
  • Author(s): 成田昂平、北浦英樹、大堀文俊、野口隆弘、マラーレ アジール、加納佳与子、マ ジンハン、三浦まり子、溝口到
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] Angiotensin-(1-7)はLPS刺激マクロファージにおけるTNF-αの発現を減少して破骨細胞形成と骨吸収を抑制する (2023)
  • Author(s): Ren Jiayi、北浦英樹、野口隆弘、大堀文俊、 Marahleh Aseel、 Ma Jinghan、加納佳代子、三浦まり子、成田昂平、溝口到
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] ネクロプトーシスした骨細胞が矯正学的歯の移動に伴う破骨細胞形成に与える影響 (2023)
  • Author(s): 大堀文俊、北浦英樹、野口隆弘、Marahleh Aseel、Ma Jinghan、加納佳与子、三浦まり子、成田昂平、溝口到
  • Organizer: 第82回日本矯正歯科学会学術大会
• [Presentation] PTFE複合めっきによる歯科矯正用ワイヤーの摩擦特性への影響 (2023)
  • Author(s): 沼崎研人、北浦英樹、高橋正敏、高田雄京、溝口 到
  • Organizer: 令和5（2023）年度日本歯科理工学会北海道・東北地方会
• [Patent(Industrial Property Rights)] 骨吸収の抑制剤 (2023)
  • Inventor(s): 白川仁、北浦英樹、野口隆弘、大崎雄介、溝口到
  • Industrial Property Rights Holder: 白川仁、北浦英樹、野口隆弘、大崎雄介、溝口到
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2023-071905