象牙芽細胞による基質形成のSwitching

Research Project

Project/Area Number	22K09903
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 57010:Oral biological science-related
Research Institution	The University of Tokushima
Principal Investigator	馬場麻人徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 教授 (90251545)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	守田剛徳島大学, 大学院医歯薬学研究部(歯学域), 助教 (40804513)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000) Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000) Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000) Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords	FGF / Sprouty / 象牙質形成 / 歯髄細胞 / 細胞培養 / 象牙芽細胞 / FGFーFGFRシグナリング / 遺伝子発現 / 基質形成 / 修復象牙質
Outline of Research at the Start	象牙芽細胞は、歯冠―歯根象牙質あるいは原生―二次―修復象牙質の形成のようなステージに応じて遺伝子発現を変化させていることが示唆され、本研究ではまずin vivo の系において、ステージ特異的な遺伝子発現を解析し、象牙芽細胞のSwitchingを明らかにする。また、in vitro の系では、培養象牙芽細胞で遺伝子発現を確認するとともに、in vivo の系で確認できたkey factorを導入することで、象牙芽細胞の基質分泌を再現させる。またマウス臼歯髄腔を開放し、key factor（FGFs）を投与し、硬組織形成、特に象牙質形成について確認し、局所的な象牙質の再生についても検討する。
Outline of Annual Research Achievements	本研究においては、象牙質形成中の象牙芽細胞の遺伝子発現変化をFGF-FGFRシグナリングを中心に解析しようというものである。初年度の生後1～15日齢のマウスの発現解析では上・下顎骨第一臼歯においてFGFファミリーとFGFのアンタゴニストであるSproutyファミリー分子の発現変化が認められ、これらの積極的な基質形成の促進・抑制制御が示唆された。一方、in vivoにおける解析では、象牙芽細胞を含む歯髄細胞は量的に多くを得ることはできず、また増殖・分化過程において新たに増殖因子等を加えることも安易ではないため、令和5年度からは、生後7日齢のマウス下顎第一臼歯から歯髄細胞を回収し培養細胞での解析を開始した。歯髄細胞での培養系では、これまで分化誘導することで、ALP活性の増加、石灰化基質の形成、DSPPやDMP1の発現を観察し、分化度の確認が行われてきた。このような中で、我々は前述の所見も含めてFGFおよびSproutyファミリー分子による分化度の定義を目指しており、そのため分化誘導培地に交換するタイミングから、誘導7日後および14日後において、網羅的にそれら遺伝子および（硬）組織形成マーカー遺伝子（collagenⅠ、ALP、DSPP、DMP１など）の発現量の変化を観察した。培養細胞においては、石灰化基質の形成は誘導７日後では観察されず、１４日後では認められ、硬組織形成マーカーに関しては、CollagenⅠおよびAlpは誘導7日後で顕著に増加した。Dmp1の発現は誘導７日後から検出され、Dspの発現は誘導１４日後より検出された。その他の硬組織形成マーカーも有意に発現量が増加した。Fgf familyの中では、Fgf2、-7、-10は誘導７日後有意に増加した。尚、令和5年度は硬組織形成マーカーとなるリン酸タンパクの遺伝子発現を網羅的に検索し、結果について論文発表を行った。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 我々は、本研究課題開始までに歯の萌出後にも象牙芽細胞にDspp, Fgfr1, Fgfr3cの発現を確認しており、FGFシグナリングが象牙芽細胞の基質形成の制御を担っていることを示唆するデータを集積してきた。さらに令和4年度にはin vivoにおいてFgf3,10, 18およびSprouty3, -4とSpred1, -2, -3の発現を確認することで、FGFファミリーとFGFのアンタゴニストであるSproutyファミリー分子による積極的な基質形成の積極的な促進・抑制制御を確信するに至った。そして令和5年には、培養細胞での解析を開始し、硬組織形成マーカーと緊密な関係にある、FGFおよびSproutyファミリー分子の同定を終了するはずであった。しかし、本学歯学部歯学科の新旧カリキュラムの移行期に重なってしまい、解剖実習の対応にも思った以上に時間がかかり、実験を進めることができなかった。実際に令和5年度の本研究費は全額執行できず、令和6年度に繰り越している。そのような意味では、やや遅れていると評価した。
Strategy for Future Research Activity	令和５年度から継続して培養象牙芽細胞を用い、硬組織分化培地の中での細胞分化（Ⅰ型コラーゲン分泌・DSPPやDMP1発現・石灰化）とFGFおよびSprouty familyの遺伝子発現状況を検索し、紐づける。この結果、およびこれまでのin vivoのPCRやin situ hybridizationの結果から象牙芽細胞の基質形成の制御を行うステージ特異的な分子の候補が描出されると考えられる。また逆に培養細胞に、候補であるFGFおよびSprouty familyの合成オリゴを投与することで、それら分子の作用を観察する。また、さらに、創薬の観点から、これら分子の効果をin vivoの系に加えて観察したいところではあるが、生体に加えるためには量的な制限もあるため、初期器官培養を行った歯胚にこれら分子を加えたビーズとともに腎被膜下に移植し、その効果を観察する。以上の結果をまとめ、学会発表あるいは論文執筆を行う予定である。