Functional analysis of anaerobic metabolism in cartilage and drug discovery for cartilage disorders

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22H03198
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 秋山 治彦 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 教授 (60402830)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 野澤 聡 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 准教授 (20771679) ; 河村 真吾 岐阜大学, 大学院医学系研究科, 特任講師 (30456511)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Keywords: 嫌気性エネルギー代謝 / 軟骨 / LDHA

Outline of Annual Research Achievements

LDHA；Col2a1-Creコンディショナルノックアウト遺伝子改変マウス及びLDHA；Sox9-CreERT2コンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスを用いて内軟骨性骨形成および生後関節軟骨におけるLDHAの詳細な機能解析を実施した。LDHA；Col2a1-Creコンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスは胎生期において成長軟骨板の軟骨細胞の柱状構造が乱れ、肥大化軟骨細胞層が拡大を認めらた。内軟骨性骨形成の遅延を認めた。生後もこの表現系は継続し、長幹骨は弯曲して成長した。細胞増殖の低下、アポトーシスの亢進を認め、LDHAは軟骨細胞の増殖及び生存にも大きく関与していることが示唆された。in situ hybridizationや免疫染色の遺伝子及びタンパク質発現解析からも成長軟骨板における軟骨細胞の増殖及び分化の異常が明らかになり、また石灰化軟骨の骨への置換も以上を認めた。器官培養では乳酸が軟骨細胞の細胞増殖を促進し。細胞死を抑制していることが明らかになった。
LDHA；Sox9-CreERT2コンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスを用いて生後の関節軟骨におけるLDHAの機能を解析した。生後の関節軟骨はマクロでは変形性関節症様変化を認めていないが。組織学的には肥大軟骨細胞が増加し、細胞増殖は低下し、アポトーススの亢進を認めた。これらの所見からLDHAは関節軟骨変性の初期段階の病態に関与している可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

LDHA；Col2a1-Creコンディショナルノックアウト遺伝子改変マウス及びLDHA；Sox9-CreERT2コンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスを用いて内軟骨性骨形成および生後関節軟骨におけるLDHAの詳細な機能解析を実施した。胎生期及び生後の軟骨にLDHA、つまり嫌気性エネルギー代謝は極めて重要であることが明らかになった。これらの所見は、分子生物学的手法、生化学的手法を用いて解析されている。２０２２年度は順調に実施できている。2023円

Strategy for Future Research Activity

２０２３年度は、予定通りMCT1；Col2a1-Creコンディショナルノックアウト遺伝子改変マウス及びMCT1；Sox9-CreERT2コンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスを用いた乳酸シャトルの軟骨における機能解析を予定している。さらに。２０２２年度で結果を得たLDHA；Sox9-CreERT2コンディショナルノックアウト遺伝子改変マウスの関節軟骨に負荷をかけ、変形性関節症を惹起できるかどうかの実験を行う予定である。