骨格筋の調和を保つ新たな細胞間コミュニケーションの解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25293326
• Research Institution: Saitama Medical University
• Principal Investigator: 片桐 岳信 埼玉医科大学, 医学部, 教授 (80245802)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 自見 英治郎 九州歯科大学, 歯学部, 教授 (40276598)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 骨格筋 / 骨 / 軟骨 / 分化 / BMP

Outline of Annual Research Achievements

テスト中骨組織や軟骨組織、筋組織を含む間葉系組織は、多分化能を有した未分化間葉系幹細胞から分化した組織特異的細胞によって形成されると考えられている。Bone Morphogenetic Protein (BMP)やTransforming Growth Factor-beta (TGF-beta)ファミリーは、これら間葉系細胞の分化や機能に重要な成長因子群で、その細胞内情報伝達系は、他のシグナルとにより正または負に制御されている。NF-kBは、炎症性サイトカインなどによって活性化される重要なシグナル伝達系で、BMPやTGF-betaの活性を修飾することが知られている。本研究では、筋組織の細胞の増殖や分化を調節する重要な分子機構の解明を研究目標に掲げている。すでに我々は、筋組織の単核細胞を効率よく、FACSを用いて分画する方法を確立した。進行性骨化性線維異形成症は、BMP受容体の活性型変異により、骨格筋組織に異所性骨化が起こる遺伝性疾患である。我々は、FOPの変異BMP受容体を誘導性に発現するトランスジェニックマウスを樹立した。このマウスから分取した単核細胞をFACSで分画し、in vitroにおける軟骨細胞への分化能を検討したところ、筋細胞への分化能を持たない細胞群に高い軟骨細胞分化能が確認された。これは、骨格筋組織中の間質細胞が異所性骨化の軟骨細胞前駆細胞である可能性を示唆する。エレクトロポレーションを用いた骨格筋への遺伝子導入実験を行った。遺伝子導入や目的遺伝子の発現は確認されたが、骨格筋細胞の機能等を評価する実験が必要であることが判明した。また、炎症性サイトカインのシグナルは、少なくともin vitroにおいてBMP活性を抑制することも判明した。次年度の研究では、BMPやNF-kBシグナルを中心として、骨格筋の正常な機能を保つための重要な制御機構の解明を目指す。

Current Status of Research Progress

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

Reason

骨格筋から分取した細胞をFACSで分画し、それぞれの機能を解析できた。我々が樹立した進行性骨化性線維異形成症モデルマウスの骨格筋を用いることで、間葉系の筋分化能を持たない細胞が軟骨細胞分化能を有することを明らかにした。骨格筋へのエレクトロポレーションは、パルス等の条件を試して遺伝子導入効率の高い条件を決定した。タモキシフェン誘導性にDNA組み換え酵素Creを発現するトランスジェニックマウス（Tam-Creマウス）を導入した。

Strategy for Future Research Activity

Tam-Creマウスを我々が樹立した進行性骨化性線維異形成症モデルマウスと交配し、新しい病態モデルの確立を目指す。さらに、このマウスの骨格筋組織から単核細胞を分取し、FACSで分画することにより、各細胞群の分化能や機能を解析する。さらに、FACSで分取した細胞群を継代し、不死化した株細胞を樹立することで、in vitroにおける各細胞群の解析が可能な実験系を構築する。エレクトロポレーションによる骨格筋の機能的変化をin vivoで評価できるマーカーを探索する必要がある。

Causes of Carryover

年度内に受理された論文の別刷り代の支出を予定していたが、年度内に印刷物が届かなかった。そのため、支出が次年度に予定されることとなった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

すでに予定していた支出であり、予算的な計画に支障はない。

Research Products

• [Journal Article] Mutant activin receptor-like kinase 2 in fibrodysplasia ossificans progressiva are activated via T203 by BMP type II receptors. (2015)
  • Author(s): Fujimoto M, Ohte S, Osawa K, Miyamoto A, Tsukamoto S, Mizuta T, Kokabu S, Suda N, Katagiri T.
  • Journal Title: Mol Endocrinol Volume: 29 Pages: 140-152
  • DOI: 10.1210/me.2014-1301
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Bone morphogenetic protein-induced heterotopic bone formation: What have we learned from the history of a half century? (2015)
  • Author(s): Katagiri T, Osawa K, Tsukamoto, Fujimoto M, Miyamoto A, Mizuta T.
  • Journal Title: Jpn Dent Sci Rev Volume: 51 Pages: 42-50
  • DOI: 10.1016/j.jdsr.2014.09.004
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The p65 subunit of NF-κB suppresses BMP2-induced bone formation by inhibiting Smad DNA binding via an interaction with Smad4 (2014)
  • Author(s): Hirata-Tsuchiya S, Fukushima H, Katagiri T, Ohte S, Shin M, Nagano K, Aoki K, Morotomi T, Sugiyama G, Doi T, Takeuchi H, Ohya K, Terashita M, Hirata M, Kitamura C, Jimi E.
  • Journal Title: Mol Endocrinol Volume: 28 Pages: 1460-1470
  • DOI: doi: 10.1210/me.2014-1094
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Smad9 is a new type of transcriptional regulator in bone morphogenetic protein signaling. (2014)
  • Author(s): Tsukamoto S, Mizuta T, Fujimoto M, Ohte S, Osawa K, Miyamoto A, Yoneyama K, Murata E, Machiya A, Jimi E, Kokabu S, Katagiri T
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 4 Pages: 7596-7606
  • DOI: 10.1038/srep07596
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Establishment of a novel model of chondrogenesis using murine embryonic stem cells carrying fibrodysplasia ossificans progressiva-associated mutant ALK2. (2014)
  • Author(s): Fujimoto M, Ohte S, Shin M, Yoneyama K, Osawa K, Miyamoto A, Tsukamoto S, Mizuta T, Kokabu S, Machiya A, Okuda A, Suda N, Katagiri T.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 455 Pages: 347-352
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.012.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Molecular mechanisms of the activation of mutant ALK2. (2015)
  • Author(s): Katagiri T
  • Organizer: 9th International Meeting on FOP
  • Place of Presentation: ローマ、イタリア
  • Year and Date: 2015-03-20 – 2015-03-20
  • Invited
• [Presentation] 進行性骨化性線維異形成症（FOP）におけるBMPシグナルの活性化機序 (2014)
  • Author(s): 藤本舞、大手聡、塚本翔、水田誉人、宮本阿礼、大澤賢次、片桐岳信
  • Organizer: 筋ジストロフィーモデル動物を用いた新たな治療法の開発 平成26年度研究班会議
  • Place of Presentation: 東京都千代田区、JA共済ビル カンファレンスホール
  • Year and Date: 2014-12-03 – 2014-12-03
  • Invited
• [Presentation] Establishment of a novel model of chondrogenesis using murine ES cells carrying FOP-associated ALK2 (2014)
  • Author(s): Katagiri T
  • Organizer: 1st FOP Drug Development Forum
  • Place of Presentation: ボストン、アメリカ
  • Year and Date: 2014-11-20 – 2014-11-20
  • Invited
• [Presentation] Musculoskeletal system and the TGF-β family. (2014)
  • Author(s): Katagiri T
  • Organizer: 12th RCGM International Symposium of Academic Frontier
  • Place of Presentation: 埼玉県日高市、埼玉医科大学創立30周年記念講堂
  • Year and Date: 2014-11-01 – 2014-11-01
  • Invited
• [Presentation] Smad9 is a new type of transcriptional repressor in BMP signaling (2014)
  • Author(s): Tsukamoto S, Mizuta T, Fujimoto M, Ohte S, Osawa K, Miyamoto A, Yoneyama K, Murata E, Jimi E, Kokabu S, Katagiri T
  • Organizer: 12th RCGM International Symposium of Academic Frontier
  • Place of Presentation: 埼玉県日高市、埼玉医科大学創立30周年記念講堂
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-01
• [Presentation] Chondrogenic differentiation of murine embryonic stem cells carrying an active form of ALK2 (2014)
  • Author(s): Fujimoto M, Ohte S, Shin M, Yoneyama K, Mizuta T, Osawa K, Tsukamoto S, Miyamoto A, Okuda A, Suda N, Katagiri T
  • Organizer: 12th RCGM International Symposium of Academic Frontier
  • Place of Presentation: 埼玉県日高市、埼玉医科大学創立30周年記念講堂
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-01
• [Presentation] Smad8はBMPシグナルの新しいタイプの制御因子である (2014)
  • Author(s): 片桐岳信、藤本舞、大澤賢次、自見英治郎、古株彰一郎
  • Organizer: 第56回歯科基礎医学会学術大会・総会
  • Place of Presentation: 福岡県福岡市、福岡国際会議場
  • Year and Date: 2014-09-27 – 2014-09-27
• [Presentation] Tet-offシステムを用いたBMP受容体ALK2発現ES細胞の樹立と機能解析 (2014)
  • Author(s): 藤本舞、大澤賢次、宮本阿礼、古株彰一郎、須田直人、片桐岳信
  • Organizer: 第56回歯科基礎医学会学術大会・総会
  • Place of Presentation: 福岡県福岡市、福岡国際会議場
  • Year and Date: 2014-09-27 – 2014-09-27
• [Presentation] Establishment of a novel model of chondrogenesis using murine ES cells carrying mutant ALK2 and more... (2014)
  • Author(s): Katagiri T
  • Organizer: 10th International Conference on BMPs
  • Place of Presentation: ベルリン、ドイツ
  • Year and Date: 2014-09-19 – 2014-09-19
  • Invited
• [Presentation] Smad8 is a novel regulator of BMP signaling. (2014)
  • Author(s): Tsukamoto S, Mizuta T, Fujimoto M, Ohte S, Osawa K, Miyamoto A, Yoneyama K, Murata E, Jimi E, Kokabu S, Katagiri T
  • Organizer: 10th International Conference on BMPs
  • Place of Presentation: ベルリン、ドイツ
  • Year and Date: 2014-09-16 – 2014-09-20
• [Presentation] Smad8 negatively regulates BMP signaling in a dominant negative fashion (2014)
  • Author(s): Tsukamoto S, Mizuta T, Fujimoto M, Ohte S, Osawa K, Miyamoto A, Yoneyama K, Murata E, Jimi E, Kokabu S, Katagiri T
  • Organizer: 2014 ASBMR Annual Meeting
  • Place of Presentation: ヒューストン、アメリカ
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] Establishment and characterization of a novel Tet-Off embryonic stem cell lines carrying ALK2 (2014)
  • Author(s): Fujimoto M, Ohte S, Shin M, Yoneyama K, Osawa K, Tsukamoto S, Miyamoto A, Mizuta T, Kokabu S, Okuda A, Suda N, Katagiri T
  • Organizer: 2014 ASBMR Annual Meeting
  • Place of Presentation: ヒューストン、アメリカ
  • Year and Date: 2014-09-13 – 2014-09-13
• [Presentation] Smad8による新たなBMPシグナルの制御機構 (2014)
  • Author(s): 塚本翔、水田誉人、藤本舞、大手聡、大澤賢次、宮本阿礼、米山克美、村田栄子、自見英治郎、古株彰一郎、片桐岳信
  • Organizer: 第21回BMP研究会
  • Place of Presentation: 大阪府大阪市、大阪大学中之島センター メモリアルホール
  • Year and Date: 2014-07-26 – 2014-07-26
• [Presentation] A novel regulation of BMP signaling by Smad8 (2014)
  • Author(s): Tsukamoto S, Mizuta T, Fujimoto M, Ohte S, Osawa K, Miyamoto A, Yoneyama K, Murata E, Jimi E, Kokabu S, Katagiri T
  • Organizer: FASEB Science Research Conferences on Skeletal Muscle Satellite and Stem Cells
  • Place of Presentation: スティームボート・スプリングズ、アメリカ
  • Year and Date: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [Presentation] Establishment of a novel model for chondrogenic differentiation using murine embryonic stem cells carrying mutant ALK2 (2014)
  • Author(s): Fujimoto M, Ohte S, Shin M, Yoneyama K, Osawa K, Tsukamoto S, Miyamoto A, Mizuta T, Kokabu S, Okuda A, Suda N, Katagiri T
  • Organizer: FASEB Science Research Conferences on Skeletal Muscle Satellite and Stem Cells
  • Place of Presentation: スティームボート・スプリングズ、アメリカ
  • Year and Date: 2014-07-20 – 2014-07-25
• [Presentation] Molecular mechanisms of activation of mutant ALK2 (2014)
  • Author(s): Katagiri T
  • Organizer: 8th International Meeting on FOP
  • Place of Presentation: ジェノア、イタリア
  • Year and Date: 2014-04-04 – 2014-04-04
  • Invited
• [Book] Ligand–Receptor Interactions and Their Implications in Delivering Certain Signaling for Bone Regeneration. In A Tissue Regeneration Approach to Bone and Cartilage Repair, Mechanical Engineering Series (2015)
  • Author(s): Katagiri T, Tsukamoto S, Osawa K, and Kokabu S.
  • Total Pages: 15
  • Publisher: Springer, London
• [Remarks] 埼玉医科大学 ゲノム医学研究センター 病態生理部門
  • URL: http://www.saitama-med.ac.jp/genome/Div04_PPhysiol/index.html