軟骨形成・分化にかかわる骨形成因子関連シグナルの解明と軟骨修復

• 研究課題/領域番号: 21390421
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 整形外科学
• 研究機関: 京都大学 (2011-2012); 大阪大学 (2009-2010)
• 研究代表者: 妻木 範行 京都大学, iPS細胞研究所, 教授 (50303938)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 15,730千円 (直接経費: 12,100千円、間接経費: 3,630千円); 2011年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2010年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2009年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 軟骨細胞 / 内軟骨性骨化 / ノックアウトマウス / 細胞分化 / HDAC4 / 軟骨 / 転写制御 / トランスジェニックマウス / コラーゲン

研究概要

Sox9は軟骨形成に必須であることが知られているが、軟骨ができた後の軟骨細胞におけるSox9の機能はわかっていなかった。軟骨細胞に分化し後に軟骨細胞特異的にSOX9を欠失するコンディショナルノックアウトマウスを作製して解析した。SOX9は細胞の生存に必須であることが判明した。その作用機序は、SOX9がPik3a-Akt経路を活性化することで細胞の生存を支えていることが判明した。また、Salt-inducible kinase 3 (SIK3)ノックアウトマウスでは、軟骨細胞の肥大化のステップが障害されていることを発見した。免疫組織学的解析では、SIK3ノックアウトマウスでは、増殖軟骨細胞のマーカーであるII型コラーゲンの発現が続き、肥大軟骨細胞のマーカーであるX型コラーゲンの発現が抑制されていた。細胞生物学、生化学的解析により、SIK3は細胞質に存在し、HDAC4と結合して、HDACの核外移行を促進することが判明した。軟骨細胞の肥大化は、転写因子MEF2Cによって促進される。軟骨細胞はSIK3を発現し、HDAC4を核外移行させて、MEF2CをHDAC4による抑制から解放することによって、肥大化すると考えた。これらの結果から、SIK3が軟骨細胞を増殖から肥大化分化へスイッチする、キー分子であると考えた

研究成果

• [雑誌論文] SIK3 is essential forchondrocyte hypertrophy during skeletaldevelopment in mice (2012)
  • 著者名/発表者名: Sasagawa,S.,Takemori,H.,Uebi,T.,Ikegami,D.,Hiramatsu,K.,Ikegawa,S.,Yoshikawa,H.and Tsumaki,N.
  • 雑誌名: Development 巻: 139巻 号: 6 ページ: 1153-1163
  • DOI: 10.1242/dev.072652
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conditional deletionof Bmpr1ab in differentiatedosteoclasts increases osteoblastic boneformation,increasing volume ofremodeling bone in mice. (2011)
  • 著者名/発表者名: Okamoto,M.,Murai,J.,Imai,Y.,Ikegami,D.,Kamiya,N.,Kato,S.,Mishita,Y.,Yoshikawa,H.and Tsumaki,N
  • 雑誌名: J.BoneMiner.Res. 巻: 26巻 号: 10 ページ: 2511-22
  • DOI: 10.1002/jbmr.477
  • 査読あり
• [雑誌論文] Induction ofchondrogenic cells from dermalfibroblast culture by defined factorsdoes not involve a pluripotent state. (2011)
  • 著者名/発表者名: Outani,H.,Okada,M.,Hiramatsu,K.,Yoshikawa,H and Tsumaki,N.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 巻: 411巻 号: 3 ページ: 607-12
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2011.06.194
  • 査読あり
• [雑誌論文] 特集軟骨代謝研究の最前線Topics:軟骨特異的遺伝子改変マウスを用いた軟骨分化の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 雑誌名: CLINICAL CALCIUM 巻: 21 ページ: 839-844
• [雑誌論文] 特集骨・カルシウムUPDATE II.骨代謝研究UPDATE:軟骨細胞の分化制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 雑誌名: CLINICAL CALCIUM 巻: 21 ページ: 1863-1870
• [雑誌論文] ダイレクトリプログラミングによる軟骨組織の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 雑誌名: 医学の歩み次世代iPS医療 巻: 239 ページ: 1332-1337
• [雑誌論文] Sox9 in differentiated chondrocytes sustains chondrocyte survival and hypertrophy in part through p110 alpha-Akt pathways (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikegami D, Akiyama H, Suzuki A, Nakamura T, Nakano T, Yoshikawa H, Tsumaki N
  • 雑誌名: Development 巻: 138 ページ: 1507-1519
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of small molecular compounds and fabrication of its aqueous solution by laser-ablation, expanding primordial cartilage (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikegami D, Iwai T, Ryo SI, Gu N, Sugiyama T, Oh I, Yoshikawa H, Tsumaki N
  • 雑誌名: Osteoarthritis Cartilage 巻: 19 ページ: 233-241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of hyaline cartilaginous tissue from mouse adult dermal fibroblast culture by defined factors (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu K, Sasagawa S, Outani H, Nakagawa K, Yoshikawa H, Tsumaki N
  • 雑誌名: J Clin Invest 巻: 121 ページ: 640-657
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression of dominant negative TGF-beta receptors inhibits cartilage formation in conditional transgenic mice (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu K, Iwai T, Yoshikawa H, Tsumaki N
  • 雑誌名: J Bone Miner Metab 巻: (In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Essential mesenchymal role of smallGTPase Rac1 in interdigital programmedcell death during limb development. (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki D, Yamada A, Amano T, YasuharaR, Kimura A, Sakahara M,Tsumaki N,Takeda S, Tamura M, Nakamura M, Wada N,Nohno T, Shiroishi T, Aiba A, KamijoR.
  • 雑誌名: Dev. Biol. 巻: 335 ページ: 396-406
  • 査読あり
• [雑誌論文] Essential mesenchymal role of small GTPase Rac1 in interdigital programmed cell death during limb development. (2009)
  • 著者名/発表者名: Suzuki D, Yamada A, Amano T, Yasuhara R, Kimura A, Sakahara M, Tsumaki N, Takeda S, Tamura M, Nakamura M, Wada N, Nohno T, Shiroishi T, Aiba A, Kamijo R.
  • 雑誌名: Dev.Biol. 335 ページ: 396-406
  • 査読あり
• [学会発表] 内軟骨性骨化におけるCyp261の役割の解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 峯岸芳樹、坂井靖夫、細川亙、吉川秀樹、妻木範行
  • 学会等名: 第12回運動器科学研究会
  • 発表場所: 高知
  • 年月日: 2011-09-03
• [学会発表] Directed inductionof hyaline chondrogenic cells frommouse adult dermal fibroblast cluturteby defined factors (2011)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Tsumaki
  • 学会等名: Korean Society OfOsteoporosis
  • 発表場所: Seoul,Korea
• [学会発表] 軟骨細胞リプログラミングと軟骨マトリックス遺伝子発現 (2011)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 学会等名: 日本整形外科学会基礎学術集会
  • 発表場所: 群馬、前橋市
• [学会発表] Directed inductionof chondrogenic cells from mousedermal fibroblast culture (2011)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Tsumaki
  • 学会等名: 1st BioRheumatology International
  • 発表場所: 東京
• [学会発表] Directed induction of hyaline chondrogenic cells from mouse adult dermal fibroblast cluturte by defined factors (2011)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Tsumaki
  • 学会等名: Korean Society Of Osteoporosis
  • 発表場所: Seoul, Korea
• [学会発表] 皮膚細胞からの軟骨細胞誘導 (2011)
  • 著者名/発表者名: 平松久仁彦、笹川覚、玉山英達、中川加奈子、吉川秀樹、妻木範行
  • 学会等名: 第29回日本骨代謝学会学術集会
  • 発表場所: 大阪、大阪市
• [学会発表] Directed induction of chondrogenic cells from mouse dermal fibroblast culture (2011)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Tsumaki
  • 学会等名: 1st Bio-Rheumatology International
  • 発表場所: Tokyo
• [学会発表] 軟骨コラーゲン転写制御と軟骨代謝 (2010)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 学会等名: 第28回日本骨代謝学会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-07-21
• [学会発表] Regulatory sequences ofthe a2(XI) collgen chain gene andchondrogenesis (2009)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 学会等名: 6th Meeting of BoneBiology Forum
  • 発表場所: 静岡市
  • 年月日: 2009-08-21
• [学会発表] Regulatory sequences of the a2 (XI) collgen chain gene and chondrogenesis (2009)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 学会等名: 6^<th> Meeting of Bone Biology Forum
  • 発表場所: 静岡
  • 年月日: 2009-08-21
• [学会発表] XI型コラーゲン遺会子転写活性と軟骨分化/軟骨再生 (2009)
  • 著者名/発表者名: 妻木範行
  • 学会等名: 8^<th> Japan conference on Bone and Joint Diseases
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-01-23
• [備考]
  • URL: http://www.cira.kyoto-u.ac.jp/j/research/tsumaki_summary.html
• [備考]
  • URL: http://www.med.osaka-u.ac.jp/pub/dbcb/homepage/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.med.osaka-u.ac.jp/pub/dbcb/homepage/index.html
• [産業財産権] 軟骨疾患治療薬のスクリーニング方法および軟骨疾患治療用改変軟骨細胞 (2011)
  • 発明者名: 妻木範行
  • 権利者名: 大阪大学医薬基盤研究所
  • 出願年月日: 2011-05-31
• [産業財産権] 軟骨疾患治療薬のスクリーニング方法および軟骨疾患治療用改変軟骨細胞 (2011)
  • 発明者名: 妻木範行、竹森洋
  • 権利者名: 大阪大学、医薬基盤研究所
  • 産業財産権番号: 2011-121788
  • 出願年月日: 2011-05-31
• [産業財産権] 軟骨細胞様細胞、及びその製造方法 (2009)
  • 発明者名: 妻木範行
  • 権利者名: 大阪大学, TLOひょうご
  • 出願年月日: 2009-12-18
  • 外国
• [産業財産権] 軟骨増大促進剤 (2009)
  • 発明者名: 妻範範行, 他
  • 権利者名: 大阪大学
  • 出願年月日: 2009-09-29