2014 Fiscal Year Annual Research Report
上皮陥入組織における器官決定機構の解明と人為的誘導法の開発
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26253092
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
福本 敏 東北大学, 歯学研究科(研究院), 教授 (30264253)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
保住 建太郎 東京薬科大学, 薬学部, 講師 (10453804)
江草 宏 東北大学, 歯学研究科(研究院), 教授 (30379078)
齋藤 正寛 東北大学, 歯学研究科(研究院), 教授 (40215562)
齋藤 幹 東北大学, 大学病院, 助教 (40380852)
阪井 丘芳 大阪大学, 歯学研究科(研究院), 教授 (90379082)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 再生医学 / 歯学 / シグナル伝達 / 細胞・組織 / 生体分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
歯は口腔内にしか生じず、皮膚には発生しない。一方で、毛は皮膚には発生するが、口腔内に生じない。この基本的な原理に関して、その分子メカニズムは全く不明であった。いずれも上皮細胞の陥入によって生じる器官であるが、器官の決定に関わる因子の同定が可能となれば、自在に歯や毛を再生できるかもしれない。そこで、１）陥入上皮を直接目的の器官へ誘導する基礎的な発生メカニズムの解明と、２）同定された器官誘導因子を利用した組織再生法の構築を本研究の目的とした。
これまでの研究により、歯および毛の上皮細胞の分化スイッチに関わる分子群の同定に成功し（Sox21、X因子およびその他複数）、その発生過程における組織発現、欠損マウスにおける歯の表現系解析を行った。特にS0x21欠損マウスにおいては、著明なエナメル質形成不全症を停止、この表現系はヒトの13q deletion症候群に類似していた。さらに歯原性上皮細胞から毛を誘導する上皮細胞への分化スイッチに関与し、本マウスではエナメル上皮に由来した毛の形成が行なわれることが明らかとなった。細胞を用いた解析においては、歯原性上皮細胞株でのSox21遺伝子の過剰発現により、エナメル芽細胞の分化が亢進し、アメロブラスチン等のエナメル基質の合成が促進すること、さらにsiRNAによりSox21遺伝子の機能阻害においては、その分化が抑制されることが明らかとなった。さらに、Sox21の発現は、歯や毛の発生に重要な役割を演じているshhによって誘導されることを見いだした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
これまで、口腔内には歯や唾液腺が形成されるが、毛が発生しない理由を明らかにし、これらの知見を利用した歯や毛の再生を目的に研究を進めてきた。皮膚、口腔粘膜、歯胚および唾液腺発生過程における包括的な遺伝子スクリーニングから、エナメル質をつくる細胞から毛への誘導に関しては、複数の遺伝子の同定に成功し、これら得られた遺伝子の欠損マウスにおいていずれも口腔内に毛を生じることを見いだした。つまり、口腔内には上皮細胞がけにならない抑制システムが複数存在することが明らかとなった。特にSox21に関しては、上流分子の同定、また転写因子として転写活性を測定する分子群についても次世代シークエンサーを用いたスクリーニングから明らかとなり、当初予定していた以上の新規知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
既にSox21の歯の発生過程における発現様式、機能についてはほぼ解明することができたため、毛の発生の抑制機構に関して焦点を当て研究を実施する予定である。さらにSox21およびX因子の発現制御および機能制御に関わる薬剤の同手のために、米国FDAによって認可された薬剤ライブラリー（合成コンパウンドおよび天然コンパウンドライブラリー）を用いて、S0x21およびX因子の機能抑制あるいは遺伝子発現抑制を示す薬剤を同定する。これにより、単一分子によるSox21の発現制御により、歯や毛の再生への応用を試みる。また、iPS細胞由来歯原性上皮細胞からの毛包細胞の作成するために、iPS細胞から歯原性上皮細胞を誘導できる我々独自の培養技術を用い、この分化誘導過程にsiRNAやshRNAを用いてSox21あるいはX因子の遺伝子発現抑制を行い、毛包細胞への誘導を試みる。毛包細胞への誘導の確認に関しては、毛特異的ケラチンの発現上昇や、エナメル芽細胞マーカー（アメロブラスチン、アメロジェニン等）の発現低下についてreal-time PCRや免疫組織学的検討を行う。
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