Elucidating the function of primary cilia during maxillofacial development: In terms of signal pathway crosstalk

• Project/Area Number: 20K10092
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 57060:Surgical dentistry-related
• Research Institution: Niigata University
• Principal Investigator: Kawasaki Maiko 新潟大学, 医歯学系, 准教授 (40584587)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 前田 健康 新潟大学, 医歯学系, 教授 (40183941) ; 大峡 淳 新潟大学, 医歯学系, 教授 (40266169) ; 川崎 勝盛 新潟大学, 医歯学系, 助教 (40529640)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: SHH / WNT / 一次繊毛 / SHHシグナル経路 / WNTシグナル経路 / Shh シグナル / Wntシグナル / 発生・文化

Outline of Research at the Start

一次繊毛 primary ciliaは発生過程に関わる細胞内外の主要なシグナルを感受するアンテ ナとして機能しており、この機能不全は重度の顎顔面形成異常を伴う繊毛病を引き起こす。 これまでの研究ではシグナル経路間の相互作用やシグナル経路の器官形成に与える時空間的 な影響は未解明のままであり、この原因の1つとして複数のシグナルを同時にターゲットに した研究がなされていないことがあげられる。
本研究は、SHHとWNTシグナル経路を人為的に同時に制御し、シグナル経路間の相互作用を形態学的に、分子生物学的手法を用いて解析することにより、顎顔面領域の発生過程における一次繊毛の機能を明らかにする。

Outline of Final Research Achievements

In this study, the interaction between SHH and WNT signaling pathways was analyzed using morphological and molecular biological techniques in transgenic mice in which both SHH and WNT signaling pathways functioning within the primary cilia were regulated. This revealed the function of primary cilia during the development of the maxillofacial region. Transgenic mice in which both SHH and WNT were regulated showed cleft palate, abnormal tooth number, abnormal tooth morphology, and delayed tooth formation. However, their phenotypes approximated either phenotype of mice in which each was controlled alone. The phenotypes of the mice created by this study were extremely severe morphological abnormalities in the maxillofacial region, indicating that the SHH and WNT signaling pathways each play a very important role as regulators of morphogenesis of the maxillofacial region.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

一次繊毛のこれまでの役割である、SHHやWNTによるシグナル伝達および細胞小器官の 合成と維持に加え、本研究で明らかにされる新たな各シグナル間のクロストーク機構の解明より、一次繊毛のより詳細な機能解明が可能となり、歯学のみならず広範な基礎生物学の進展に寄与する。さらに、本申請研究は一次繊毛の機能解明だけでなく、SHH、WNTシグナル経路の異常を原因とする各種先天異常の原因の解明、治療法の開発に貢献できる。これまで対症療法しかなかった繊毛病治療にシグナル経路サイドからの遺伝子治療や予防薬の開発という新しい視点を提供することができる。患者に侵襲の少ない治療を提案することが可能となる。

Research Products

• [Journal Article] A Mutation in CACNA1S Is Associated with Multiple Supernumerary Cusps and Root Maldevelopment. (2023)
  • Author(s): Piranit Kantaputra , Niramol Leelaadisorn , Athiwat Hatsadaloi , Natalina Quarto , Worrachet Intachai , Sissades Tongsima , Katsushige Kawasaki , Atsushi Ohazama , Chumpol Ngamphiw , Paswach Wiriyakijja
  • Journal Title: Diagnostics Volume: 13 Issue: 5 Pages: 895-895
  • DOI: 10.3390/diagnostics13050895
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ift88 regulates enamel formation via involving Shh signaling (2022)
  • Author(s): Kudo Takehisa、Kawasaki Maiko、Kawasaki Katsushige、Meguro Fumiya、Nihara Jun、Honda Izumi、Kitamura Madoka、Fujita Akira、Osawa Kazuaki、Ichikawa Kaya、Nagai Takahiro、Ishida Yoko、Sharpe Paul T.、Maeda Takeyasu、Saito Isao、Ohazama Atsushi
  • Journal Title: Oral Diseases Volume: - Issue: 4 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1111/odi.14162
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Expression of R-spondins/Lgrs in development of movable craniofacial organs (2021)
  • Author(s): Nihara J, Kawasaki M, Kawasaki K, Yamada A, Meguro F, Kudo T, Trakanant S, Nagai T, Saito I, Maeda T, Ohazama A.
  • Journal Title: Gene Expr Patterns Volume: 41 Pages: 119195-119195
  • DOI: 10.1016/j.gep.2021.119195
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] MicroRNAs regulate distal region of mandibular development through Hh signaling (2020)
  • Author(s): Trakanant Supaluk、Nihara Jun、Nagai Takahiro、Kawasaki Maiko、Kawasaki Katsushige、Ishida Yoko、Meguro Fumiya、Kudo Takehisa、Yamada Akane、Maeda Takeyasu、Saito Isao、Ohazama Atsushi
  • Journal Title: Journal of Anatomy Volume: 238 Issue: 3 Pages: 711-719
  • DOI: 10.1111/joa.13328
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overactivation of the NF‐κB pathway impairs molar enamel formation (2020)
  • Author(s): Yamada Akane、Kawasaki Maiko、Miake Yasuo、Yamada Yurie、Blackburn James、Kawasaki Katsushige、Trakanant Supaluk、Nagai Takahiro、Nihara Jun、Kudo Takehisa、Meguro Fumiya、Schmidt‐Ullrich Ruth、Liu Bigang、Hu Yinling、Page Angustias、Ram?rez ?ngel、Sharpe Paul T.、Maeda Takeyasu、Takagi Ritsuo、Ohazama Atsushi
  • Journal Title: Oral Diseases Volume: 26 Issue: 7 Pages: 1513-1522
  • DOI: 10.1111/odi.13384
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research