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骨形成と骨粗鬆症の病態改善における膜裏打ちタンパク質4.1Gの新規役割

研究課題

研究課題/領域番号 21K06059
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43030:機能生物化学関連
研究機関帝京大学 (2022)
東北大学 (2021)

研究代表者

斎藤 将樹  帝京大学, 薬学部, 講師 (50400271)

研究分担者 佐藤 岳哉  東北大学, 医学系研究科, 准教授 (10312696)
森 優  東北大学, 大学病院, 講師 (70634541)
研究期間 (年度) 2021-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2022年度)
配分額 *注記
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード骨粗鬆症 / 骨形成 / 4.1Gタンパク質 / 一次繊毛 / エストロゲン
研究開始時の研究の概要

骨粗鬆症は骨形成と骨吸収のバランスが破綻して発症する疾患で、女性に多い。治療法は主に、若年期や軽症患者には骨吸収抑制薬を用い、重症化すると骨形成促進薬を用いる。しかし、若年期や軽症患者にも適応可能な骨形成促進薬を開発すれば、早期治療の可能性が広がり、重症化リクスが軽減される。本研究はそのための基盤研究であり、雌性限定的に制御される骨形成機構を発見し、その機構が骨粗鬆症の病態改善に働くことを示す。

研究実績の概要

骨は、骨芽細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収によって常に代謝回転しており、正常な骨組織が維持される。閉経によってエストロゲン量が減少すると、骨芽細胞活性が減少し破骨細胞活性が上昇するため、両細胞の活性バランスが破綻し骨粗鬆症を発症する。骨粗鬆症の治療には主に、若年期や軽症患者には骨吸収抑制薬を用い、重症化すると骨形成促進薬を用いる。しかし、若年期や軽症患者にも適応可能な骨形成促進薬を開発すれば治療法の選択肢となり、重症化リスクを軽減できる可能性が考えられる。骨芽前駆細胞が骨芽細胞に成熟 (骨芽細胞分化) する過程は骨形成に不可欠であるが、その制御機構には不明のことが多い。4.1Gは細胞膜直下で種々の膜タンパク質やアクチン線維と結合し、細胞の形態や膜タンパク質の細胞膜局在を維持する。一方、一次繊毛は細胞外に形成される不動性のシグナル受容器であり、骨芽前駆細胞に形成される一次繊毛は、ヘッジホッグシグナルを受容すると骨芽細胞分化を促進する。昨年度は新生仔マウス脛骨を用いた解析により、4.1Gが骨芽前駆細胞の一次繊毛形成を促進し、骨芽細胞分化シグナルの惹起を通じて骨形成を進行する役割のあることが明らかになった。本年度は4週齢マウス脛骨を用いて解析したところ、4.1Gが雌性で骨構造を維持する役割を担うが、雄性では担わないことが見出された。しかし、一次繊毛形成や4.1G発現には性差があるという知見はない。そこで、骨形成に重要な役割を担う女性ホルモン(エストロゲン)の役割を一次繊毛/4.1G系が調節する可能性について、次年度検討する。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

骨形成促進薬の開発には、不明のことが多い骨形成の分子制御機構を理解することが必要である。代表者はこれまで、4.1Gが骨芽前駆細胞において一次繊毛形成を促進し、骨芽細胞分化シグナルと骨形成を亢進する役割のあることを見出した (Saito et al., Int. J. Mol. Med., 2022)。すなわち、4.1G発現量および一次繊毛活性が骨形成の進行を決定づける重要な因子であることが理解された。
本年度は、4週齢脛骨を用いて骨構造を解析した。その結果、雄性では野生型と4.1G-KOマウスの間に差異は見られなかったが、雌性では4.1G-KOマウスで骨構造が低下した。このことは、4週齢では4.1Gが雌性依存的な骨構造維持機構を有することを示唆する。その分子調節機構として、エストロゲンの関与が推測される。しかし、エストロゲン依存的な骨形成における4.1G/一次繊毛系の役割は未解明であり、次年度の課題である。
今年度中にエストロゲン受容体に関する分子調節機構をある程度解明したかったが、異動があったため思うように研究が進展しない時期があった。
全体として、研究は順調に進展していると言える。

今後の研究の推進方策

骨粗鬆症患者のうち80%を女性が占めるため、雌性で優位に働く骨形成機構の解明が期待される。エストロゲンは骨構造維持に中心的な役割を担うことは周知である。次年度では、そのエストロゲン依存的な骨形成における4.1G/一次繊毛系の役割を検討する。具体的には、骨芽細胞分化や一次繊毛形成に関与し、かつ4.1Gが機能を制御するエストロゲン受容体を同定する。そのため、エストロゲン受容体をノックダウンしたMC3T3-E1細胞において一次繊毛形成能、ヘッジホッグシグナルの惹起、および骨芽細胞分化能 (アルカリホスファターゼ活性、分化関連遺伝子発現) を解析する。さらに、見出されたエストロゲン受容体の機能が4.1Gノックダウンによって抑制されることを示す。また、4.1Gとエストロゲン受容体の細胞内局在および一次繊毛局在を、免疫蛍光染色法で示す。内在性エストロゲン受容体を認識する市販抗体が存在しない場合には、緑色蛍光タンパク質融合エストロゲン受容体の発現プラスミドを作成し、MC3T3-E1細胞に発現して検討する。

報告書

(2件)
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 1件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] C<sub>8</sub>Mab-2: An Anti-Mouse C-C Motif Chemokine Receptor 8 Monoclonal Antibody for Immunocytochemistry2022

    • 著者名/発表者名
      Saito Masaki、Tanaka Tomohiro、Asano Teizo、Nakamura Takuro、Yanaka Miyuki、Handa Saori、Komatsu Yu、Harigae Yasuhiro、Tateyama Nami、Nanamiya Ren、Li Guanjie、Suzuki Hiroyuki、Kaneko Mika K.、Kato Yukinari
    • 雑誌名

      Monoclonal Antibodies in Immunodiagnosis and Immunotherapy

      巻: 41 号: 2 ページ: 115

    • DOI

      10.1089/mab.2021.0045

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] C<sub>9</sub>Mab-1: An Anti-Mouse CCR9 Monoclonal Antibody for Immunocytochemistry2022

    • 著者名/発表者名
      Saito Masaki、Suzuki Hiroyuki、Harigae Yasuhiro、Li Guanjie、Tanaka Tomohiro、Asano Teizo、Kaneko Mika K.、Kato Yukinari
    • 雑誌名

      Monoclonal Antibodies in Immunodiagnosis and Immunotherapy

      巻: 41 号: 2 ページ: 120

    • DOI

      10.1089/mab.2021.0052

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Development of an Anti-Mouse CCR8 Monoclonal Antibody (C<sub>8</sub>Mab-1) for Flow Cytometry and Immunocytochemistry2022

    • 著者名/発表者名
      Saito Masaki、Suzuki Hiroyuki、Tanaka Tomohiro、Asano Teizo、Kaneko Mika K.、Kato Yukinari
    • 雑誌名

      Monoclonal Antibodies in Immunodiagnosis and Immunotherapy

      巻: 41 号: 6 ページ: 333

    • DOI

      10.1089/mab.2021.0069

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Cytoskeletal Protein 4.1G Is Essential for the Primary Ciliogenesis and Osteoblast Differentiation in Bone Formation2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Saito, Marina Hirano, Tomohiro Izumi, Yu Mori, Kentaro Ito, Yurika Saitoh, Nobuo Terada, Takeya Sato, Jun Sukegawa
    • 雑誌名

      International Journal of Molecular Sciences

      巻: 23 号: 4 ページ: 2094-2094

    • DOI

      10.3390/ijms23042094

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] C<sub>3</sub>Mab-2: An Anti-Mouse CCR3 Monoclonal Antibody for Immunocytochemistry2022

    • 著者名/発表者名
      Masaki Saito, Yasuhiro Harigae, Guanjie Li, Teizo Asano, Tomohiro Tanaka, Hiroyuki Suzuki, Mika K. Kaneko, Yukinari Kato
    • 雑誌名

      Monoclonal Antibodies in Immunodiagnosis and Immunotherapy

      巻: 41 号: 1 ページ: 45

    • DOI

      10.1089/mab.2021.0050

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Immunohistochemical Analysis Using Monoclonal Antibody PMab-269 Against Steller Sea Lion Podoplanin2022

    • 著者名/発表者名
      Guanjie Li, Hiroyuki Suzuki, Junko Takei, Masaki Saito, Nohara Goto, Kazuyuki Uchida, Takayuki Nakagawa, Hiroyuki Harada, Tomohiro Tanaka, Teizo Asano, Mika K. Kaneko, Yukinari Kato
    • 雑誌名

      Monoclonal Antibodies in Immunodiagnosis and Immunotherapy

      巻: 41 号: 1 ページ: 39

    • DOI

      10.1089/mab.2021.0055

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 一次繊毛を介した骨形成における膜裏打ちタンパク質4.1Gの役割2022

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹、森 優、伊東 健太郎、齊藤 百合花、寺田 信生
    • 学会等名
      第74回 日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 膜裏打ちタンパク質4.1Gによる骨形成機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹、森 優、齊藤 百合花、寺田 信生
    • 学会等名
      第19回 生命科学研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨形成における膜裏打ちタンパク質4.1Gの役割2022

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹、森 優、齊藤 百合花、寺田 信生
    • 学会等名
      第73回 日本薬理学会北部会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞内膜輸送系による一次繊毛の短縮機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹
    • 学会等名
      第12回 繊毛研究会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 抗がん剤ドキソルビシンのオートファジー障害はリソソーム機能障害によるものでは無い2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤 岳哉、戸田 法子、斎藤 将樹、山内 正憲、阿部 高明
    • 学会等名
      第96回 日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 骨形成の新規制御機構;膜裏打ちタンパク質による一次繊毛形成2022

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹
    • 学会等名
      第96回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] マウスCCR8を標的とした新規モノクローナル抗体C8Mab-2の作製2022

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹、田中 智大、淺野 禎三、鈴木 裕之、金子 美華、加藤 幸成
    • 学会等名
      第95回日本薬理学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] Tctex-1リン酸化を介した一次繊毛短縮と細胞増殖の分子制御機構2021

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹, 阪路 健祐, Sara Ebrahimi Azar, 張替 康皓, 佐藤 岳哉
    • 学会等名
      日本生化学会東北支部 第87回例会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞質ダイニン軽鎖Tctex-1によるGタンパク質共役型受容体/Gsシグナルの増強機構2021

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹、鈴木 裕之、金子 美華、加藤 幸成
    • 学会等名
      第72回 日本薬理学会北部会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 新規エピトープマッピング法 (HisMAP法) を用いた抗CD20モノクローナル抗体のエピトープ解析2021

    • 著者名/発表者名
      淺野 禎三、田中 智大、佐野 雅人、斎藤 将樹、鈴木 裕之、金子 美華、加藤 幸成
    • 学会等名
      第72回 日本薬理学会北部会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 口腔扁平上皮がんのマウス移植片モデルを用いた抗EGFR抗体の抗腫瘍効果の検討2021

    • 著者名/発表者名
      七宮 蓮、大石 智一、淺野 禎三、斎藤 将樹、鈴木 裕之、金子 美華、川田 学、加藤 幸成
    • 学会等名
      第72回 日本薬理学会北部会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 一次繊毛を介した骨芽細胞分化における膜裏打ちタンパク質4.1Gの役割2021

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹、泉 朋宏、森 優、齊藤 百合花、寺田 信生
    • 学会等名
      第94回 日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] 一次繊毛による細胞増殖機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      斎藤 将樹
    • 学会等名
      第94回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] グッドマン・ギルマン薬理書〔上〕-薬物治療の基礎と臨床-[第13版]2022

    • 著者名/発表者名
      斎藤将樹(第25章、単訳)
    • 総ページ数
      42
    • 出版者
      廣川書店
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [備考] 斎藤 将樹の研究・教育HP

    • URL

      https://sites.google.com/view/masaki-saito-home/

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書

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公開日: 2021-04-28   更新日: 2024-12-25  

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