骨、関節組織のホメオスタシスにおける骨形成因子BMPの生理機能の解析

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25293317
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 辻 邦和 東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 准教授 (20323694)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宗田 大 東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 教授 (50190864) ; 関矢 一郎 東京医科歯科大学, 再生医療研究センター, 教授 (10345291)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: BMP2 / BMP4 / BMP7 / osteoarthritis / meniscus / articular cartilage / synovitis

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、骨形成因子(BMP)ファミリーに属する遺伝子群による硬組織のホメオスタシスの統括的な理解、及びその破綻に基づく硬組織関連疾患の病因の解明を最終目的としている。これまでの研究成果に基づき、本研究期間においては、(I) BMP2欠損マウスで観察される骨折治癒プロセスの破綻の原因解析に基づく、骨のホメオスタシスにおけるBMPシグナルの生理機能の解析、(II) BMP7欠損マウスに観察される自然発症の変形性膝関節症の病態の解析に基づく、関節軟骨のホメオスタシスにおけるBMPシグナルの生理機能の解析、(III) BMP4欠損マウスにおいて観察される造血幹細胞数の低下の分子メカニズムの解析に基づく、骨髄造血微小環境(HSC niche)のホメオスタシスにおけるBMPシグナルの生理機能の解析に関して検討を行っている。当該年度における進捗を以下に示す。
私たちは、これまで、関節軟骨の維持にBmp2およびBmp7の活性が必須であることを示してきた。ところが、関節軟骨におけるBMP分子のmRNA発現量の比較検討を行った結果、関節軟骨においてBmp2, 7よりもBmp4のmRNA発現量の方が多い傾向があることを明らかとした。そのため、Bmp4が関節機能維持に中心的に機能しているとの仮説の下、四肢特異的Bmp4欠損マウスの作成を行い、関節軟骨の表現型の解析を行った。ところが興味深いことに、Bmp4欠損マウスでは、重篤な関節軟骨の退行変性は観察されず、生後の膝関節における軟骨の維持にBMP4の活性が必須でないことを明らかとした。その理由を検証するために、関節軟骨におけるBmp4タンパクの発現を免疫組織学的に解析したところ、Bmp2や7と異なってBmp4のタンパク発現が観察されなかった。このことは、関節軟骨におけるBmp４分子の特異的な発現調節機構の存在を示唆している。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当該年度は、硬組織のホメオスタシスにおけるBmp4の生理機能解析において進捗が得られたが、当該年度期間内で学会ならびに論文発表のレベルまで達することができなかった。現在論文を執筆している最中である。

Strategy for Future Research Activity

当該年度内に引き続き、関節軟骨の維持におけるBmp4の生理機能の詳細なメカニズムに関して分子生物学的手法を用いて、検討を行っていく。さらに半月板形成および、維持におけるBmp2の機能解析について検討を行っていくことを予定している。

Causes of Carryover

予定していた研究項目に関して、四肢特異的、骨髄特異的遺伝子欠損マウスの解析のためのマウスコロニーの樹立に時間がかかっているため、マウス飼育維持管理費が当初予定を下回っているため

Expenditure Plan for Carryover Budget

当該年度で得られたマウスの表現型の解析用の試薬（組織学的解析、分子生物学的解析）を購入する代金の補填分として使用予定である。

Research Products

• [Journal Article] Weekly injections of Hylan G-F 20 delay cartilage degeneration inpartial meniscectomized rat knees. (2016)
  • Author(s): Yanagisawa K, Muneta T, Ozeki N, Nakagawa Y, Udo M, Saito R, Koga H, Tsuji K, Sekiya I.
  • Journal Title: BMC Musculoskelet Disord. Volume: 17 Pages: 188
  • DOI: 10.1186/s12891-016-1051-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transplantation of autologous synovial mesenchymal stem cells promotes meniscus regeneration in aged primates. (2016)
  • Author(s): Kondo S, Muneta T, Nakagawa Y, Koga H, Watanabe T, Tsuji K, Sotome S, Okawa A, Kiuchi S, Ono H, Mizuno M, Sekiya I.
  • Journal Title: J Orthop Res. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1002/jor.23211
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Monoiodoacetic acid induces arthritis and synovitis in rats in a dose- and time-dependent manner: proposed model-specific scoring systems. (2016)
  • Author(s): Udo M, Muneta T, Tsuji K, Ozeki N, Nakagawa Y, Ohara T, Saito R, Yanagisawa K, Koga H, Sekiya I.
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1016/j.joca.2016.02.005
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Not single but periodic injections of synovial mesenchymal stem cells maintain viable cells in knees and inhibit osteoarthritis progression in rats. (2016)
  • Author(s): Ozeki N, Muneta T, Koga H, Nakagawa Y, Mizuno M, Tsuji K, Mabuchi Y, Akazawa C, Kobayashi E, Matsumoto K, Futamura K, Saito T, Sekiya I.
  • Journal Title: Osteoarthritis Cartilage. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1016/j.joca.2015.12.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Platelet-derived growth factor (PDGF)-AA/AB in human serum are potential indicators of the proliferative capacity of human synovial mesenchymal stem cells. (2015)
  • Author(s): Mizuno M, Katano H, Otabe K, Komori K, Matsumoto Y, Fujii S, Ozeki N, Tsuji K, Koga H, Muneta T, Matsuyama A, Sekiya I
  • Journal Title: Stem Cell Res Ther Volume: 10 Pages: 243
  • DOI: 10.1186/s13287-015-0239-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elimination of BMP7 from the developing limb mesenchyme leads to articular cartilage degeneration and synovial inflammation with increased age. (2015)
  • Author(s): Abula K, Muneta T, Miyatake K, Yamada J, Matsukura Y, Inoue M, Sekiya I, Graf D, Economides AN, Rosen V, Tsuji
  • Journal Title: FEBS Lett Volume: 589 Pages: 1240-8
  • DOI: 10.1016/j.febslet.2015.04.004
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Different methods of detaching adherent cells significantly affect the detection of stem cell antigens in synovial mesenchymal stem cells. (2016)
  • Author(s): Miyoko Ojima, Kunikazu Tsuji, Koji Otabe, Masafumi Horie, Hideyuki Koga, Ichiro Sekiya, and Takeshi Muneta
  • Organizer: Osteoarthritis Research Society International
  • Place of Presentation: Amsterdam Netherlands
  • Year and Date: 2016-03-31 – 2016-04-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamic analysis of inflammatory cells in synovial fluid after index anterior cruciate ligament reconstruction surgery. (2016)
  • Author(s): Kaori Nakamura, Kunikazu Tsuji, Hiroki Katagiri, Makiko Inoue, Miyoko Ojima, Ichiro Sekiya, Takeshi Muneta
  • Organizer: Osteoarthritis Research Society International
  • Place of Presentation: Amsterdam Netherlands
  • Year and Date: 2016-03-31 – 2016-04-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 滑膜間葉系幹細胞の増殖におけるPDGFシグナルの細胞内伝達経路の解析 (2015)
  • Author(s): 金民大、辻邦和、関矢一郎、大川淳、宗田大
  • Organizer: 日本整形外科学会基礎学術集会
  • Place of Presentation: 富山県富山市、富山国際会議場
  • Year and Date: 2015-10-22 – 2015-10-23
• [Presentation] 細胞剥離法の差異が滑膜由来間葉系幹細胞の表面抗原解析の結果に及ぼす影響 (2015)
  • Author(s): 尾島美代子、辻邦和、小田邉浩二、 堀江雅史、古賀英之、 関矢一郎、宗田 大
  • Organizer: 日本運動器移植、再生医学研究会
  • Place of Presentation: 山口県宇部市、ANAクラウンプラザホテル
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-26
• [Presentation] 滑膜由来間葉系幹細胞を特徴付ける表面抗原の網羅的解析 (2015)
  • Author(s): 辻 邦和、尾島美代子、小田邉浩二、堀江雅史、古賀英之、関矢一郎、宗田 大
  • Organizer: 日本運動器移植、再生医学研究会
  • Place of Presentation: 山口県宇部市、ANAクラウンプラザホテル
  • Year and Date: 2015-09-25 – 2015-09-26