超音波による細胞機能制御に関するmiRNAの役割解明

• 研究課題/領域番号: 20K12619
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分90110:生体医工学関連
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 田渕 圭章 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 教授 (20322109)
• 研究分担者: 長谷川 英之 富山大学, 学術研究部工学系, 教授 (00344698) ; 鈴木 信雄 金沢大学, 環日本海域環境研究センター, 教授 (60242476) ; 古澤 之裕 富山県立大学, 工学部, 准教授 (80632306) ; 平山 順 公立小松大学, 保健医療学部, 教授 (90510363)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 超音波 / 細胞分化 / アクチン / マイクロRNA / 石灰化 / 遺伝子発現 / 熱作用 / miRNA

研究開始時の研究の概要

低出力パルス超音波 (LIPUS) は，臨床で骨折治療の補助療法として用いられている．しかしながら，この安全で有効なLIPUSの作用の分子メカニズムは不明な点が多い．マイクロRNA (miRNA) は，遺伝子の発現を調節し様々な生命現象に関与することから，医療応用が期待されている．本申請では，LIPUSによる細胞の分化や増殖等の機能制御においてmiRNAがどの様に関与しているかを，骨芽細胞等で検討する．LIPUSのmiRNAに関連した分子メカニズムが明らかになれば，LIPUSの骨折治癒促進作用機序の解明や新規骨疾患治療への貢献に繋がる．

研究成果の概要

低出力パルス超音波 (LIPUS) の細胞応答を明らかにするために，骨芽細胞の骨分化に対するLIPUSの効果を検討した．マウス骨芽MC3T3-E1細胞に30 mW/cm2の強度で一日一回20分間LIPUSを照射した．LIPUSの連続照射は，アリザリンレッド染色により検出した骨分化を有意に上昇させた．アクチンベータに対するsiRNA処理細胞において細胞の形態学的な変化が観察された．アクチンベータの発現抑制は，LIPUSによる骨分化の誘導を消失させた．得られた成績は，BMSCsにおけるLIPUSの作用メカニズムを理解するための分子基盤になる．

研究成果の学術的意義や社会的意義

低出力パルス超音波 (LIPUS) は，骨折治癒促進効果があるがその分子機構は完全に解明されていない．LIPUSの細胞応答を明らかにするために，骨芽細胞の骨分化に対するLIPUSの効果を検討した．マウス骨芽MC3T3-E1細胞へのLIPUSの連続照射は，骨分化を有意に上昇させ，この作用の少なくとも一部にアクチンベータが関与することが判った．得られた成績は， LIPUSの作用メカニズムを理解するための重要な分子基盤になる．

研究成果

• [雑誌論文] Hydroxylated benzo[c]phenanthrene metabolites cause osteoblast apoptosis and skeletal abnormalities in fish (2022)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Nobuo, Honda Masato, Sekiguchi Toshio, Toriba Akira, Tang Ning, Edward Nagato Go, Zhang Lulu, Hayakawa Kazuichi, et all.
  • 雑誌名: Ecotoxicology and Environmental Safety 巻: 234 ページ: 113401-113401
  • DOI: 10.1016/j.ecoenv.2022.113401
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Osteoclastic and Osteoblastic Responses to Hypergravity and Microgravity: Analysis Using Goldfish Scales as a Bone Model (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Tatsuki、Ikegame Mika、Furusawa Yukihiro、Tabuchi Yoshiaki、Hatano Kaito、Watanabe Kazuki、Kawago Umi、Hirayama Jun、Yano Sachiko、Sekiguchi Toshio、Kitamura Kei-ichiro、Endo Masato、Nagami Arata、Matsubara Hajime、Maruyama Yusuke、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • 雑誌名: Zoological Science 巻: 39 号: 4 ページ: 388-396
  • DOI: 10.2108/zs210107
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Activation of RANKL-producing cells under simulated microgravity with a three-dimensional clinostat in regenerating goldfish scales (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T., Ikegame, M., Kuroda, K., Kobayashi-Sun, J., Hirayama, J., Kobayashi, I., Kawamura, R., Endo, M., Tabuchi, Y., Furusawa, Y., Yachiguchi, K., Sekiguchi, T., Matsubara, H., Yano, S., Hattori, A. and Suzuki, N.
  • 雑誌名: Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ｉｎ Ｓｐａｃｅ 巻: 36 号: 0 ページ: 9-14
  • DOI: 10.2187/bss.36.9
  • ISSN: 0914-9201, 1349-967X
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Glyoxal‐induced formation of advanced glycation end‐products in type 1 collagen decreases both its strength and flexibility in vitro (2021)
  • 著者名/発表者名: Kitamura Kei‐ichiro、Hirayama Jun、Tabuchi Yoshiaki、Minami Takao、Matsubara Hajime、Hattori Atsuhiko、Suzuki Nobuo
  • 雑誌名: Journal of Diabetes Investigation 巻: 12 号: 9 ページ: 1555-1559
  • DOI: 10.1111/jdi.13528
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neurotoxicity of a pyrethroid pesticide deltamethrin is associated with the imbalance in proteolytic systems caused by mitophagy activation and proteasome inhibition (2021)
  • 著者名/発表者名: Hirano Tetsushi、Suzuki Nihei、Ikenaka Yoshinori、Hoshi Nobuhiko、Tabuchi Yoshiaki
  • 雑誌名: Toxicology and Applied Pharmacology 巻: 430 ページ: 115723-115723
  • DOI: 10.1016/j.taap.2021.115723
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Low-intensity ultrasound inhibits melanoma cell proliferation in vitro and tumor growth in vivo (2021)
  • 著者名/発表者名: Feril Loreto B.、Yamaguchi Kazuki、Ikeda-Dantsuji Yurika、Furusawa Yukihiro、Tabuchi Yoshiaki、Takasaki Ichiro、Ogawa Ryohei、Cui Zheng-Guo、Tachibana Katsuro
  • 雑誌名: Journal of Medical Ultrasonics 巻: 48 号: 4 ページ: 451-461
  • DOI: 10.1007/s10396-021-01131-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genetic response to low-intensity ultrasound on mouse ST2 bone marrow stromal cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Tabuchi Yoshiaki、Hasegawa Hideyuki、Suzuki Nobuo、Furusawa Yukihiro、Hirano Tetsushi、Nagaoka Ryo、Hirayama Jun、Hoshi Nobuhiko、Mochizuki Takashi
  • 雑誌名: Molecular Medicine Reports 巻: 23 号: 3 ページ: 173-173
  • DOI: 10.3892/mmr.2020.11812
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of sclerostin in the regenerating scales of goldfish and its increase under microgravity during space flight (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T., Ikegame, M., Hirayama, J., Kitamura, K., Tabuchi, Y., Furusawa, Y., Sekiguchi, T., Endo, M., Mishima, H., Seki, A., Yano, S., Matsubara H., Hattori, A. and Suzuki, N.
  • 雑誌名: Biomedical Research 巻: 41 号: 6 ページ: 279-288
  • DOI: 10.2220/biomedres.41.279
  • NAID: 130007948844
  • ISSN: 0388-6107, 1880-313X
  • 年月日: 2020-12-01
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Detection of RANKL-producing cells and osteoclastic activation by the addition of exogenous RANKL in the regenerating scales of goldfish. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, T., Ikegame, M., Kawago, U., Tabuchi, Y., Hirayama, J., Sekiguchi, T., Furusawa, Y., Yachiguchi, K., Matsubara, H., Urata, M., Hattori, A. and Suzuki, N.
  • 雑誌名: Biological Science in Space 巻: 34 号: 0 ページ: 34-40
  • DOI: 10.2187/bss.34.34
  • NAID: 130007884615
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] マウス骨由来細胞における骨形成分化に対する低出力パルス超音波の効果 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田渕圭章，平野哲史，長岡 亮，長谷川英之
  • 学会等名: 日本超音波医学会第95回学術集会
• [学会発表] 哺乳動物細胞における低出力パルス超音波誘導遺伝子発現に対する熱作用の関与の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 田渕圭章，長谷川英之，望月 剛
  • 学会等名: 日本超音波医学会第94回学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 骨髄間質細胞における低出力パルス超音波に対する初期応答遺伝子群の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田渕圭章，長谷川英之，鈴木信雄，平野哲史，長岡 亮，望月 剛
  • 学会等名: 日本超音波医学会第93回学術集会