メダカ体内で生きたまま視る造骨・破骨の相互作用

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25670788
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 工藤 明 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (70178002)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 骨芽細胞 / 破骨細胞 / 骨折修復 / OPG / メダカ / 咽頭歯骨 / トランスジェニック / ノックアウトメダカ

Outline of Annual Research Achievements

これまで造骨細胞と破骨細胞の分化メカニズムはin-vitroで実験され、ノックアウトマウスの作成によりその機能が決定された。一方、骨形成研究の最も興味深い現象、古い骨と新しい骨はどのように見分けるのか？破骨細胞と造骨細胞の細胞間相互作用は存在するのか？破骨前駆細胞はどのようにして骨吸収する場を見つけるのか？などの疑問には答えられないできた。その理由は生きたまま、生理的な条件で骨の細胞を見るのは難しいことにある。私達はこれらの疑問に答える一つのモデル動物としてメダカの骨形成のシステムを検討し、造骨細胞と破骨細胞に発現している遺伝子群や細胞形態が哺乳類と同じであること。またメダカにもリモデリングする部位が存在し、さらに骨折修復のモデルも作成できたことによって、メダカを用い生きたままの細胞を追跡することにより、上記の疑問解明の端緒になることが期待できるようになった。さらにメダカ稚魚を用いることにより、造骨と破骨の全身像を見ることができ、これまでのマウスのような局所の動態ではなく、全身における細胞動態を観察し、骨代謝の全体像を解析できるようになった。その結果、破骨細胞特異的なノックアウトメダカと骨の細胞特異的に発現するトランスジェニックメダカを駆使し、以下の項目についてin-vivo骨代謝研究によって明らかにした。1.骨発生における骨モデリング機構における破骨細胞の関与をRANKLとOPGノックアウトメダカの解析により解明した。その結果、OPGが破骨細胞の動態の決定に大きく寄与していた。。２．骨折モデルにおける骨修復において、骨芽細胞のプロジェニターの移動と分化機構の解明。骨折修復に」おいて、TGF-beta２が骨芽細胞の移動に必須の因子として同定された。３．咽頭歯骨における骨芽―破骨細胞の相互作用の解明。骨芽細胞の因子が破骨細胞維持に機能していた。

Research Products

• [Journal Article] Osteoblast and osteoclast behaviors in the turnover of attachment bones during medaka tooth replacement. (2016)
  • Author(s): Mantoku, A., Chatani, M., Aono, K., Inohaya, K. and Kudo, A.
  • Journal Title: Dev. Biol. Volume: 409 Pages: 370-381
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2015.12.002.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] TGFbeta-2 signaling is essential for osteoblast migration and differentiation during fracture healing in medaka fish (2016)
  • Author(s): Takeyama, K., Chatani, M., Inohaya, K. and Kudo, A.
  • Journal Title: Bone Volume: 86 Pages: 68-78
  • DOI: 10.1016/j.bone.2016.03.001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Proliferation following tetraploidization regulates the size and number of erythrocytes in the blood flow during medaka development, as revealed by the abnormal karyotype of erythrocytes in the medaka TFDP1 mutant. (2015)
  • Author(s): Taimatsu, K., Takubo, K., Maruyama, K., Suda, T. and Kudo, A.
  • Journal Title: Dev. Dyn. Volume: 244 Pages: 651-668
  • DOI: 10.1002/DVDY.24259
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Microgravity promotes osteoclast activity in medaka fish reared at the international space station (2015)
  • Author(s): Chatani, M., Mantoku, A., Takeyama, K., Abduweli,D., Sugamori, Y., Aoki, K., Ohya, K., Suzuki, H., Uchida, S., Sakimura, T., Kono, Y., Tanigaki, F., Shirakawa, M., Takano, Y. and Kudo, A.
  • Journal Title: Sci. Rep Volume: 5 Pages: 14172
  • DOI: 10.1038/srep14172
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Medaka Osteoclast in ISS. (2015)
  • Author(s): Akira Kudo
  • Organizer: 12th Japan-Korea joint seminar on space environment utilization
  • Place of Presentation: Yonsei University International Campus, Songdo, Incheon, South Korea
  • Year and Date: 2015-10-20 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] RANKL/OPG double deficient medaka unveils the decision system for the bone resorption site in a whole-body. (2015)
  • Author(s): Masahiro Chatani, Yoshiro Takano, Takeshi Todo, Akira Kudo
  • Organizer: the ASBMR 2015 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Seattle, WA, USA
  • Year and Date: 2015-10-09 – 2015-10-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Early response to microgravity in the analysis of whole transcriptome and live imaging. (2015)
  • Author(s): Masahiro Chatani, Akiko Mantoku, Kazuhiro Takeyama, Hiroya Morimoto, Takehiko Ito, Naoki Tanigawa, Koji Kubota, Hiromi Suzuki, Satoko Uchida, Japan; Fumiaki Tanigaki, Masaki Shirakawa, Yoshiro Takano, Akira Kudo
  • Organizer: the ASBMR 2015 Annual Meeting
  • Place of Presentation: Seattle, WA, USA
  • Year and Date: 2015-10-09 – 2015-10-12
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Microgravity enhances osteoclast activity revealed by 2 months-rearing of medaka fish in ISS (2015)
  • Author(s): Masahiro Chatani, Akiko Mantoku, Kazuhiro Takeyama, Dawud Abduweri, Kazuhiro Aoki, Yasutaka Sugamori, Keiichi Ohya, Satoko Uchida, Hiromi Suzuki, Toru Sakimura, Yasushi Kono, Fumiaki Tanigaki, Masaki Shirakawa, Yoshiro Takano and Akira Kudo
  • Organizer: ISSR&D Conference 2015
  • Place of Presentation: Marriot Copley Place, Boston, MA, USA
  • Year and Date: 2015-07-07 – 2015-07-09
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TGFbeta signaling activated by MMP2 is essential for bone fracture healing (2015)
  • Author(s): Kazuhiro Takeyama, Masahiro Chatani, Akira Kudo
  • Organizer: 9th European Zebrafish Meeting
  • Place of Presentation: Oslo, Norway
  • Year and Date: 2015-06-28 – 2015-07-02
  • Int'l Joint Research