骨系統疾患由来の変異型受容体の解析に基づく骨代謝機序の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25861339
• Research Institution: Saitama Medical University
• Principal Investigator: 宮本 阿礼 埼玉医科大学, 医学部, 研究員 (70634591)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: 骨系統疾患 / FOP / ALK2 / BMP

Outline of Annual Research Achievements

進行性骨化線維異形成症(Fibrodysplasia Ossifications Progressiva;FOP)は全身の骨格筋で異所性骨が形成される難治疾患である。典型的FOPでは筋損傷が急激な異所性骨形成を誘導するため、バイオプシーや手術などの侵襲的医療行為が禁忌である。これは BMPのI型受容体である変異ALK2(R206H)の活性異常が原因とされている。
そこで、新たにCre-loxPシステムで誘導性にヒトALK2(R206H)を発現するTgマウスを樹立した。このマウスの後肢骨格筋組織から単核細胞を分離し、以下の実験に使用した。調節した細胞にCre DNA組換え酵素を発現するアデノウイルスを感染させる事で、mRNAおよびタンパクレベルでウイルスの用量依存的にヒトALK2(R206H)の発現を誘導させた。そして、ALK2の下流の転写因子Smad1/5を解析したところ、Smad1/5のリン酸化が誘導された。さらに、BMPの初期応答因子であるId1,Id2遺伝子の発現上昇も認められた。本研究によりin vitroでヒトALK2(R206H)による細胞内シグナルを解析できる新しい実験系を樹立することに成功した。
また、我々は筋芽細胞C2C12細胞に典型的ヒトALK2 (R206H)または非典型ヒトALK2 (G325A)をII型受容体と共発現させる事でFOPの発症メカニズムを解析した。典型的ヒトALK2 (R206H)はBMPR-IIで活性されるのに対し、非典型ヒトALK2 (G325A)は別のII型受容体であるActR-IIBにより活性化された。これよりII型受容体による変異ALK2の活性が、FOPにおける症状の多様性に関与すると考えられた。この知見は今後のFOPの発症機序の解析や治療方法の開発に大きく貢献するものと期待される。

Research Products

• [Journal Article] Mutant activin-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: Jan;29(1) Pages: 140-52
  • DOI: 10.1210/me.2014-1301.
  • Peer Reviewed / Open Access / 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 S, Fujimoto M, Miyamoto A and Mizuta T
  • Journal Title: J Dent Sci Rev Volume: May;52(2） Pages: 42-50
  • DOI: 10.1016/j.jdsr.2014.09.004
  • 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: Dec 12;455(3-4) Pages: 347-52
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.11.012
  • Peer Reviewed / Open Access / 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: Dec 23;4 Pages: 7596
  • DOI: 10.1038/srep07596
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Establishment of a new model of chondrogenesis using skeletal muscle cells (2014)
  • Author(s): Miyamoto A, Osawa K, Tsukamoto S, Fujimoto M, Mizuta T, Ohte S, Katagiri T
  • Organizer: The 12th RCGM International Symposium of Academic Frontier
  • Place of Presentation: 30th Anniversary Hall, Hidaka Campus, Saitama Medical University (埼玉県日高市）
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-01
• [Presentation] Establishment of a new in vivo experimental model for heterotopic bone formation in skeletal muscle. (2014)
  • Author(s): Osawa K, Tsukamoto S, Fujimoto M, Miyamoto A, Mizuta T, Katagiri T
  • Organizer: The 12th RCGM International Symposium of Academic Frontier
  • Place of Presentation: 30th Anniversary Hall, Hidaka Campus, Saitama Medical University (埼玉県日高市）
  • 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: The 12th RCGM International Symposium of Academic Frontier
  • Place of Presentation: 30th Anniversary Hall, Hidaka Campus, Saitama Medical University (埼玉県日高市）
  • Year and Date: 2014-10-31 – 2014-11-01
• [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
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場 (福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [Remarks] 埼玉医科大学 病態生理部門
  • URL: http://www.saitama-med.ac.jp/genome/Div04_PPhysiol/index.html
• [Remarks] 進行性骨化性繊維異形成症（ＦＯＰ）に関する調査研究班
  • URL: http://fop.umin.jp/
• [Remarks] 埼玉医科大学FOP診療・研究プロジェクト
  • URL: http://www.saitama-med.ac.jp/medlinks/saitama_univ_fop/