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2013 Fiscal Year Annual Research Report

RANKL結合ペプチドのオリゴマー化による新規骨形成促進剤の創生

Research Project

Project/Area Number 25293377
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Research InstitutionTokyo Medical and Dental University

Principal Investigator

青木 和広  東京医科歯科大学, 医歯(薬)学総合研究科, 准教授 (40272603)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 本間 雅  東京大学, 医学部附属病院, 助教 (60401072)
Project Period (FY) 2013-04-01 – 2016-03-31
Keywords骨形成促進剤 / ペプチド創薬 / リボゾーム化 / RANKL親和性 / 骨形態計測
Research Abstract

我々は、骨形成促進剤の新しい薬剤標的として骨芽細胞上の膜結合型RANKLを想定している。すでに、RANKL結合能のあるペプチドが局所の骨形成活性を上昇させ、頭蓋骨に穴をあけたマウスモデルでも欠損部の完全な骨修復が可能であることを示してきた。
しかし、高濃度のペプチドでないと骨形成活性を示さないことから鑑みて、ペプチドの骨形成促進作用は、骨芽細胞上のRANKLのオリゴマー化が必要であるという仮説を立てた。RANKL結合ペプチドをリポゾーム化させれば、骨芽細胞近傍に高密度のRANKL結合ペプチドを配することが出来ると考え、全身投与(静脈内注射)あるいは、局所投与(ゼラチンハイドロゲル担体を用いた頭蓋骨欠損モデル)によりリポゾーム化したRANKL結合ペプチドの骨形成活性を検討した。
まず、合成されたリポゾーム化ペプチドが、RANKLの逆シグナルを活性化し、骨芽細胞の骨形成活性を上昇させるか否かを検討したところ、骨芽細胞のRANKL逆シグナルの活性化を認めたことから、in vivoにおける骨形成活性を検討した。しかしながら、リポゾーム化したRANKL結合ペプチドは全身投与においても、局所投与においても、期待された骨形成促進作用は認められなかった。
RANKL結合ペプチドはリポゾームの周りに2%外側に向くように合成したが、ペプチドの含有率が低いために、RANKLのオリゴマー化が誘導できず、骨形成活性を示さないのではないかと考え、ペプチドの割合を増やしたリポゾームを合成しようと試みた。しかしながら、ペプチドの疎水性が強いためか、ペプチド含有率を増やすと凝集しやすくなり、うまく合成できないことが分かった。
現在、高濃度のRANKL結合ペプチドでは示される骨形成活性を如何に発揮させるか、親水性の強いRANKL結合ペプチドのスクリーニングをファージディスプレイ法を用いて始めている。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当初考えていたRANKL結合ペプチドのオリゴマー化により低濃度のペプチドでも人工的にRANKLのオリゴマー化が誘導され、骨形成活性が上昇すると考えていたが、ペプチドをリポゾーム化する過程で、凝集性が高いことが問題となり、RANKLの逆シグナルは入るものの、in vivoの骨形成活性を上昇させることができないという結果になっている。このため、達成度はやや遅れていると区分した。
しかしながら、共同研究者と共に、骨形成活性が発揮されなかった問題解決に向けて取り組んできており、有機合成法、あるいは製剤化の工夫ととともに、新規のRANKL結合ペプチドのスクリーニングが進んでおり、現在までの達成度はやや遅れているが、26年度には期待される結果を得ることが出来るのではないかと考えている。

Strategy for Future Research Activity

上述のように、最初の試作製剤であるリポゾーム化したRANKL結合ペプチドの骨形成活性が発揮されなかったが、合成法を工夫することにより、易凝集性を解決できると考えている。また、ペプチド自体を凝集しにくい親水性のペプチドに変えて、リポゾーム化を再度試みる予定である。
このために、研究分担者の本間雅博士が、RANKLペプチドのリポゾーム化など骨芽細胞活性を上昇させるペプチドを含有した有機合成を行っていただいており、また、研究協力者の大阪大学薬学研究科堤 康央 研究科長、吉岡靖雄准教授、独立行政法人医薬基盤研究所・サブリーダーの向 洋平 先生のご協力により、親水性のRANKL結合ペプチドのスクリーニングを行っていただいている。
随時、提供される薬剤候補の骨形成活性を骨芽細胞を用いたin vitroアッセイにより、骨形成活性上昇作用を確認し、RANKL逆シグナルの活性化も確認したうえで、in vivoの全身投与(静脈内投与)、あるいはゼラチンハイドロゲルを担体として用いた頭蓋骨欠損モデルにおける骨形成活性を骨形態計測学的に検討する。静脈内投与においては、リポゾーム化薬剤を用いた際におこる特有の生物学的陰性作用を避けるために、その投与回数および頻度を変えて、一番骨形成作用が発揮されるように工夫をする。また、骨形成面特異的に薬物送達するペプチドと結合させ、さらに骨形成能を高める工夫も行う予定である。
さらに、RANKL逆シグナルに重要なRANKLの細胞内ドメイン中、一つのアミノ酸を変異させたRANKL変異マウスを用いて創薬候補の作用メカニズムをRANKLを介した作用であるか否かを明らかにする。
以上の共同研究を推し進めることにより、RANKLに結合するペプチドを骨形成促進剤のリード化合物として創薬できる学術的基盤を構築できるものと思われる。

Expenditure Plans for the Next FY Research Funding

事務手続きの関係上、次年度の使用額として計上することとなったため。
事務手続き上のことであり、すぐに使用したいペプチドの合成費用など、消耗品費として使用する。

  • Research Products

    (27 results)

All 2014 2013 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 7 results) Presentation (19 results) (of which Invited: 3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The local administration of TNF-α; and RANKL antagonist peptide promotes BMP-2-induced bone formation.2013

    • Author(s)
      Khan, M. Alles, N. Soysa, N. Mamun, A. Nagano, K. Mikami, R. Furuya, Y. Yasuda, H. Ohya, K. Aoki, K
    • Journal Title

      J Oral Biosciences

      Volume: 55 Pages: 47,54

    • DOI

      10.1016/j.job.2012.12.005

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Gelatin hydrogel carrier with the W9-peptide elicits synergistic effects on BMP-2-induced bone regeneration.2013

    • Author(s)
      Mamun, A. Khan, M. Alles, N. Matsui, M. Tabata, Y. Ohya, K. Aoki, K
    • Journal Title

      J Oral Biosciences

      Volume: 55 Pages: 217,223

    • DOI

      10.1016/j.job.2013.06.008

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Stimulation of bone formation in cortical bone of mice treated with a receptor activator of nuclear factor-κB ligand (RANKL)-binding peptide that possesses osteoclastogenesis inhibitory activity.2013

    • Author(s)
      Furuya,Y. Inagaki, A. Khan, M. Mori, K. Penninger, J.M. Nakamura, M. Udagawa, N. Aoki, K. Ohya, K. Uchida, K. Yasuda, H.
    • Journal Title

      J Biol Chem

      Volume: 288(8) Pages: 5562,5571

    • DOI

      10.1074/jbc.M112.426080

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] p130Cas, Crk-associated substrate, plays important roles in osteoclastic bone resorption.2013

    • Author(s)
      Nagai, Y. Osawa, K. Fukushima, H. Tamura, Y. Aoki, K. Ohya, K. Yasuda, H. Hikiji, H. Takahashi, M. Seta, Y. Seo. S. Kurokawa, M. Kato, S. Honda, H. Nakamura, I. Maki, K. Jimi, E
    • Journal Title

      J Bone and Mineral Res

      Volume: 28(12) Pages: 2449,2462

    • DOI

      10.1002/jbmr.1936

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] TGF-β in dentin matrix extract induces osteoclastogenesis in vitro.2013

    • Author(s)
      Sriarj, W. Aoki, K. Ohya, K. Takahashi, M. Takagi, Y. Shimokawa, H
    • Journal Title

      Odontology

      Volume: 12 Pages: -

    • DOI

      10.1007/s10266-013-0140-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Disruption of NF-κB1 prevents bone loss caused by mechanical unloading.2013

    • Author(s)
      Nakamura, H. Aoki, K. Masuda, W. Alles, N. Nagano, K. Fukushima, H. Osawa, K. Yasuda, H. Nakamura, I. .Mikuni-Takagaki, Y . Ohya, K. Maki, K. Jimi, E
    • Journal Title

      J Bone and MIineral Res

      Volume: 28( 6) Pages: 1457,1467

    • DOI

      10.1002/jbmr.1866

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The influence of mechanical stimulation on osteoclast localization in the mouse maxilla: bone histomorphometry and finite element analysis.2013

    • Author(s)
      Fujiki, K. Aoki, K. Marcian, P. Borak, L. Hudieb, M. Ohya, K. Igarashi, Y. Wakabayashi, N
    • Journal Title

      Biomechanics and Modeling in Mechanobiology

      Volume: 12(2) Pages: 325,333

    • DOI

      10.1007/s10237-012-0401-z

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ファージ表面提示法を駆使した新規高親和性骨再生ペプチドの創製に向けた基礎検討.2014

    • Author(s)
      永野貴士、向洋平、菅森泰隆、加藤玄樹、大谷啓一、青木和広、東阪和馬、吉岡靖雄、長野一也、鎌田春彦、角田慎一、堤康央
    • Organizer
      日本薬学会第134年会 熊本 2014年3月27-30日
    • Place of Presentation
      熊本/熊本市総合体育館
    • Year and Date
      20140327-20140330
  • [Presentation] ペプチド薬の可能性-骨吸収抑制ペプチドの骨形成促進作用-.2014

    • Author(s)
      青木和広
    • Organizer
      日本薬学会第134年会(一般シンポジウム: 次世代バイオ医薬開発に向けた創薬イノベーション).
    • Place of Presentation
      熊本/熊本大学
    • Year and Date
      20140327-20140330
    • Invited
  • [Presentation] The effects of the RANK-like peptide on murine rheumatoid arthritis model (マウス関節リウマチモデルにおけるRANK様ペプチドの作用).2014

    • Author(s)
      加藤玄樹、清水康広、菅森泰隆、高橋真理子、田村幸彦、小野卓史、大谷啓一、青木和広
    • Organizer
      第87回日本薬理学会年会
    • Place of Presentation
      仙台/東北大学百周年記念会館川内萩ホール・仙台国際センター
    • Year and Date
      20140319-20140321
  • [Presentation] ラット下顎骨延長におけるbFGF含有gelatin hydrogelの有用性.2014

    • Author(s)
      木村敦、樺沢勇司、佐藤昌、高原楠旻、樋口佑輔、松本佳奈子、田畑泰彦、田村幸彦、青木和広、大谷啓一、小村健.
    • Organizer
      第13回日本再生医療学会総会
    • Place of Presentation
      京都/国立京都国際会館
    • Year and Date
      20140304-20140306
  • [Presentation] 骨吸収疾患に対するペプチド製剤開発の可能性.2014

    • Author(s)
      青木和広
    • Organizer
      薬力学研究会学術講演会
    • Place of Presentation
      東京/東京医科歯科大学
    • Year and Date
      20140225-20140225
  • [Presentation] ラット下顎骨延長モデルを用いたbasic fibroblast growth factor含有ゼラチンハイドロゲルの有用性評価.2013

    • Author(s)
      木村 敦、樺沢 勇司、樋口 佑輔、田村 幸彦、青木 和広、大谷 啓一、小村 健.
    • Organizer
      第78回口腔病学会学術大会
    • Place of Presentation
      東京/東京医科歯科大学
    • Year and Date
      20131206-20131207
  • [Presentation] Bone resorption inhibitor peptides work as a bone formation stimulator.2013

    • Author(s)
      Aoki,K. Murali,R. Ohya,K.
    • Organizer
      The 3rd Tri-University Consortium on Oral Science and Education
    • Place of Presentation
      東京/東京医科歯科大学
    • Year and Date
      20131106-20131107
  • [Presentation] An Osteoprotegerin-like Peptide Prevents Bone Loss in Collagen-Induced Murine Arthritis.2013

    • Author(s)
      Kato,G. Shimizu,Y. Mamun,M. Murali,R. Ohya,K. Aoki,K.
    • Organizer
      The 3rd Tri-University Consortium on Oral Science and Education
    • Place of Presentation
      東京/東京医科歯科大学
    • Year and Date
      20131106-20131107
  • [Presentation] The involvement of tumor necrosis factor-αin osteoclast differentiation induced by mechanical stress in a murine maxilla loading model.2013

    • Author(s)
      Fujiki, K. Wakabayashi, N. Suzuki, N. Borak, L. Ohya, K. Aoki, K.
    • Organizer
      ASBMR 2013(米国骨代謝学会)
    • Place of Presentation
      Baltimore(Maryland,USA)/ボルチモアコンベンションセンター
    • Year and Date
      20131004-20131007
  • [Presentation] The bone resorption inhibitor peptide promotes bone formation by a reverse signaling pathway.2013

    • Author(s)
      Aoki, K.
    • Organizer
      Samuel Oschin Comprehensive Cancer Institute Cedars-Sinai Medical Centerセミナー
    • Place of Presentation
      Los Angeles(USA)/Samuel Oschin Comprehensive Cancer Institute Cedars-Sinai Medical Center
    • Year and Date
      20131003-20131003
    • Invited
  • [Presentation] RANKL結合ペプチドの軟骨細胞分化促進と軟骨破壊抑制作用2013

    • Author(s)
      菅森 泰隆、加藤 玄樹、田村 幸彦、大谷 啓一、青木 和広.
    • Organizer
      第55回歯科基礎医学会学術大会
    • Place of Presentation
      岡山市/岡山コンベンションセンター
    • Year and Date
      20130920-20130922
  • [Presentation] W9 ペプチドの破骨細胞形成抑制作用と骨芽細胞分化促進作用2013

    • Author(s)
      中村 美どり、宇田川 信之、青木 和広、大谷 啓一.
    • Organizer
      第55回歯科基礎医学会学術大会
    • Place of Presentation
      岡山市/岡山コンベンションセンター
    • Year and Date
      20130920-20130922
  • [Presentation] p130Cas の破骨細胞における骨吸収能発現のメカニズム2013

    • Author(s)
      大澤 賢次、福島 秀文、田村 幸彦、青木 和広、大谷 啓一、牧 憲司、自見 英治郎
    • Organizer
      第55回歯科基礎医学会学術大会
    • Place of Presentation
      岡山市/岡山コンベンションセンター
    • Year and Date
      20130920-20130922
  • [Presentation] Inflammation Accelerates Mechanical-Stress-Induced Osteoclastogenesis in a Murine Maxilla Loading Model.2013

    • Author(s)
      Suzuki, N. Fujiki, K. Ohya, K. Aoki, K. Wakabayashi, N.
    • Organizer
      2013 2nd Meeting of the IADR Asia Pacific Region
    • Place of Presentation
      Bangkok(Thailand)/Plaza Athenee
    • Year and Date
      20130821-20130823
  • [Presentation] The recent development of therapeutic peptide candidates for bone disease.2013

    • Author(s)
      Aoki, K.
    • Organizer
      2nd International Conference on Translational & Personalized Medicine
    • Place of Presentation
      Chicago(USA)/Holiday Inn Chicago North Shore
    • Year and Date
      20130805-20130807
    • Invited
  • [Presentation] メカニカルストレスによる顎骨吸収と炎症性サイトカインTNF-αの関与-マウス顎骨荷重モデルを用いた検討-2013

    • Author(s)
      藤木 健吾、若林 則幸、鈴木 奈月、Libor, B.、大谷 啓一、青木 和広.
    • Organizer
      第33回日本骨形態計測学会
    • Place of Presentation
      浜松市/アクトシテイ浜松コングレスセンター
    • Year and Date
      20130704-20130706
  • [Presentation] CHPナノゲル担体のPEG架橋により骨吸収抑制ペプチドの作用は増強する-低Ca食飼育によるマウス骨吸収促進モデルにおける検討.2013

    • Author(s)
      佐藤 俊三、田村 幸彦、大谷 啓一、青木 和広.
    • Organizer
      第33回日本歯科薬物療法学会学術大会
    • Place of Presentation
      東京/東京医科歯科大学
    • Year and Date
      20130615-20130616
  • [Presentation] ラット下顎骨延長モデルを用いたbasic fibroblast growth factor含有ゼラチンハイドロゲルの有用性評価.2013

    • Author(s)
      木村 敦、樺沢 勇司、佐藤 昌、高原 楠旻、樋口 佑輔、田村 幸彦、青木 和広、大谷 啓一、小村 健.
    • Organizer
      第33回日本歯科薬物療法学会学術大会
    • Place of Presentation
      東京/東京医科歯科大学
    • Year and Date
      20130615-20130616
  • [Presentation] An Osteoprotegerin-like Peptide Inhibits Bone Loss in Collagen Type II-Induced Murine Arthritis.2013

    • Author(s)
      Kato, G. Maeda, M. Alles, N. Mamun, A. Khan, M. Sugamori, Y. Takahashi, M. Tamura, Y. Murali, R. Ohya, K. Aoki, K.
    • Organizer
      IBMS/JSBMR第2回合同国際会議
    • Place of Presentation
      神戸市/神戸コンベンションセンター・神戸ポートピアホテル
    • Year and Date
      20130528-20130601
  • [Remarks] 東京医科歯科大学大学院医歯学総合研究科生体支持組織学講座 硬組織薬理学分野

    • URL

      http://www.tmd.ac.jp/hpha/index.html

URL: 

Published: 2015-05-28  

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