単一細胞解析による骨芽細胞の運命制御機構の解明と新規骨形成促進剤の標的分子探索

• 研究課題/領域番号: 17K11613
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 形態系基礎歯科学
• 研究機関: 国際医療福祉大学
• 研究代表者: 吉岡 広陽 国際医療福祉大学, 医学部, 講師 (50523411)
• 研究分担者: 吉子 裕二 広島大学, 医系科学研究科(歯), 教授 (20263709)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 骨芽細胞 / 単一細胞解析 / 骨代謝 / 細胞・組織 / 発生・分化

研究成果の概要

骨芽細胞が辿る運命過程を遺伝子発現の変化から追い求め，運命決定の鍵となる制御機構を見出すことを目的として，個々の骨芽細胞からトランスクリプトームを取得した。機械学習による解析から，骨芽細胞の不均一性を見出すとともに，骨芽細胞から幼若骨細胞への分化に伴う遺伝子発現プロファイルを明らかにした。また，幹細胞・前駆細胞の性質を保持または再獲得したと考えられる骨芽細胞を見出した。以上の結果から，骨芽細胞の不均一性は，骨芽細胞の機能と発生運命の多様性の根底にあるものと示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により明らかとなった「骨芽細胞の分化に伴う遺伝子発現プロファイル」は，骨芽細胞の次なる運命を決定する制御機構の解明に向けた分子基盤となる。近年，遺伝子の発現をコントロールできる小分子化合物が見出され，転写制御からアプローチする創薬が注目されている。同様の原理に基づき，「骨芽細胞の運命を制御することにより骨代謝を改善し，骨形成を促進できる」と考えている。本研究により得られた知見が，骨の再生および骨関連疾患への臨床応用を見越したゲノム創薬や分子標的療法への足がかりとなる。

研究成果

• [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)
• [国際共同研究] Institut de Cancerologie de l'Ouest(フランス)
• [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)
• [国際共同研究] Institut de Cancerologie de l'Ouest(フランス)
• [雑誌論文] Single‐cell RNA‐sequencing reveals the breadth of osteoblast heterogeneity (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H, Okita S, Nakano M, Minamizaki T, Nubukiyo A, Sotomaru Y, Bonnelye E, Kozai K, Tanimoto K, Aubin JE, Yoshiko Y
  • 雑誌名: JBMR Plus 巻: - 号: 6
  • DOI: 10.1002/jbm4.10496
  • NAID: 120007183697
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A bilateral third head of the gastrocnemius which is morphologically similar to the plantaris. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishii T, Kawagishi K, Hayashi S, Yamada S, Yoshioka H, Matsuno Y, Mori Y and Kosaka J.
  • 雑誌名: Surgical & Radiologic Anatomy 巻: 印刷中 号: 7 ページ: 1095-1098
  • DOI: 10.1007/s00276-020-02670-w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Active sites of human MEPE-ASARM regulating bone matrix mineralization (2020)
  • 著者名/発表者名: Minamizaki T, Sakurai K, Hayashi I, Toshishige M, Yoshioka H, Kozai K, Yoshiko Y
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Endocrinology 巻: 517 ページ: 110931-110931
  • DOI: 10.1016/j.mce.2020.110931
  • 査読あり
• [雑誌論文] The matrix vesicle cargo miR-125b accumulates in the bone matrix, inhibiting bone resorption in mice. (2020)
  • 著者名/発表者名: Minamizaki T, Nakao Y, Irie Y, Ahmed F, Itoh S, Sarmin N, Yoshioka H, Nobukiyo A, Fujimoto C, Niida S, Sotomaru Y, Tanimoto K, Kozai K, Sugiyama T, Bonnelye E, Takei Y, Yoshiko Y
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 30-30
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0754-2
  • NAID: 120006824053
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Soluble Klotho causes hypomineralization in Klotho-deficient mice (2018)
  • 著者名/発表者名: Minamizaki T, Konishi Y, Sakurai K, Yoshioka H, Aubin JE, Kozai K, Yoshiko Y
  • 雑誌名: Journal of Endocrinology 巻: 237 号: 3 ページ: 285-300
  • DOI: 10.1530/joe-17-0683
  • NAID: 120006826841
  • 査読あり
• [学会発表] Early Life Stressと加齢がマウス成熟精子細胞数におよぼす影響の評価 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮宗秀伸，高野海哉，永堀健太，李忠連，吉岡広陽，松野義晴，倉升三幸，呉曦，小川夕輝，伊藤正裕
  • 学会等名: 第127回 日本解剖学総会・学術集会
• [学会発表] 献体による解剖見学実習と座学講義の組み合わせ順序による学修効果についての調査 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山口将希，牧原由紀子，竹内真太，青木章乃，田村暁大，石井貴弥，山田晋之介，吉岡広陽，松野義晴，川岸久太郎
  • 学会等名: 第123回 理学療法科学学会・学術大会
• [学会発表] A synthetic peptide derived from the SIBLING protein MEPE inhibits ectopic mineralization but not bone formation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Minamizaki T, Toshishige M, Yoshioka H, Ahmed F, Mine Y, Yoshiko Y
  • 学会等名: World Congress on Osteoporosis, Osteoarthritis and Musculoskeletal Diseases
  • 国際学会
• [学会発表] Plasticity of osteoblasts and their adipogenic potential dissected by single cell RNA-sequencing. (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H, Nakano M, Minamizaki T, Kozai K, Yoshiko Y
  • 学会等名: The American Society of Bone and Mineral Research 2019 Annual Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] シングルセル解析から見た骨芽細胞の多様性と脂肪細胞分化転換能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中野将志，吉岡広陽，南崎朋子，香西克之，吉子裕二
  • 学会等名: 第124回日本解剖学会総会・全国学術集会
• [学会発表] Single-cell RNA-sequencing shows the adipogenic potential in osteoblasts. (2017)
  • 著者名/発表者名: Okita S, Yoshioka H, Minamizaki T, Tanimoto K, Yoshiko Y
  • 学会等名: 2017 ANZBMS-IFMRS Joint Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] シングルセルRNA-seqによる骨芽細胞の多様性と脂肪細胞分化能の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 沖田紗季，吉岡広陽，南崎朋子，吉子裕二
  • 学会等名: 第35回日本骨代謝学会学術集会
• [学会発表] Single-cell RNA sequencing provides molecular dissection of osteoblasts and their adipogenic potential. (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano M, Yoshioka H, Okita S, Tanimoto K, Kozai K, Minamizaki T, Yoshiko Y
  • 学会等名: 2017 Annual meeting of the American Society for Bone and Mineral Research.
  • 国際学会