金属結合蛋白メタロチオネインの破骨細胞分化と機能解明と骨粗鬆症治療への応用

• 研究課題/領域番号: 22K09359
• 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56020:整形外科学関連
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 藤原 稔史 九州大学, 大学病院, 助教 (20644800)
• 研究分担者: 杉山 悟郎 九州大学, 歯学研究院, 助教 (00722828) ; 松本 嘉寛 九州大学, 医学研究院, 准教授 (10346794) ; 遠藤 誠 九州大学, 大学病院, 講師 (40713433)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2027-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2022年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2026年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2025年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
• キーワード: 破骨細胞 / メタロチオネイン / 骨粗鬆症

研究開始時の研究の概要

破骨細胞分化に金属イオンが必須であり、鉄イオンに着目して、細胞内鉄代謝の制御機構を解明した。そこで、破骨細胞における金属イオン代謝を標的とする治療開発のために、金属結合蛋白であるメタロチオネイン（MT）に着目する。破骨細胞分化に従ってMTのアイソフォームのMT1とMT3の発現が増加することを見出し、発現が高いMT3遺伝子ノックダウンで破骨細胞分化は抑制された。MTが制御する新たな破骨細胞分化と骨吸収能機構を、①臨床の骨組織におけるMT発現、②in vitroによる破骨細胞内シグナル解析と③in vivoによるノックアウトマウスの骨量・骨組織を解析し、MTを制御する骨粗鬆症治療開発を目指す。

研究実績の概要

破骨細胞分化と機能において金属イオンの代謝が非常に重要である。これまでに金属イオンの鉄イオンが細胞内鉄還元酵素のSteap4や受容体のトランスフェリン受容体を介して分化と機能に重要な働きを示していることが分かった。そこで、金属イオン結合蛋白のメタロチオネイン（MT）の役割について調べた。
破骨細胞は分化に従ってMTのmRNAとタンパクの発現が上昇しており、特にMT3の発現が著しく上昇していた。そこでMT3に着目し、レンチウィルスを用いてノックダウンすると破骨細胞分化は抑制されていることをウェスタンブロットとmRNA発現、TRAP染色で認めた。それに伴い骨スライス上の培養で、骨吸収機能も低下していた。MT3ノックダウンに伴う破骨細胞分化抑制機能を調べるために、RANKLとM-CSFシグナルを調べた。M-CSFとRANKL培養で前破骨細胞に誘導し、この細胞に対してM-CSFとRANKLシグナルを調べると、AKTとERKシグナルは変化なかったが、分化と生存に重要なRANKLシグナルのJNKとNFkBシグナルが低下していた。実際にフローサイトメトリーでMT3ノックダウン細胞の細胞周期を調べると、特に細胞周期にコントロールとノックダウン細胞で差はなかった。コントロールとMT3ノックダウンの前破骨細胞に対してアポトーシスを誘導すると、MT3ノックダウン細胞に著しくアポトーシスを示すカスパーゼ3とcleaved PARPの発現が増加していることが分かった。MT3は破骨細胞の生存に重要であることが分かった。今後さらに詳細なメカニズムを解明してく。

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

ノックダウン細胞の表現型とメカニズムを解析しているため

今後の研究の推進方策

コントロール細胞とMT3ノックダウン細胞の詳細なメカニズムをin vitroで評価し、in vivoに拡大して調べていく予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Evaluation of bone density and skeletal muscle mass after sleeve gastrectomy using computed tomography method (2023)
  • 著者名/発表者名: Kai Kazuhiro、Fujiwara Toshifumi、Nagao Yoshihiro、Oki Eiji、Yoshizumi Tomoharu、Eto Masatoshi、Nakashima Yasuharu
  • 雑誌名: Bone Reports 巻: 18 ページ: 101661-101661
  • DOI: 10.1016/j.bonr.2023.101661
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Is there a reduction in hip destruction under a treat-to-target strategy in patients with rheumatoid arthritis? (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsushima Hidetoshi、Takahide Sakuragi、Akasaki Yukio、Fujiwara Toshifumi、Hara Daisuke、Ikemura Satoshi、Sakuraba Kouji、Kamura Satoshi、Miyahara Hisaaki、Yamada Hisakata、Fukushi Jun-ichi、Nakashima Yasuharu
  • 雑誌名: Modern Rheumatology 巻: 14 号: 2 ページ: 334-339
  • DOI: 10.1093/mr/road021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protocol for the 2ND-STEP study, Japan Clinical Oncology Group study JCOG1802: a randomized phase II trial of second-line treatment for advanced soft tissue sarcoma comparing trabectedin, eribulin and pazopanib (2023)
  • 著者名/発表者名: Endo Makoto、Kataoka Tomoko、Fujiwara Toshifumi、(abbrev)、Oda Yoshinao、Ozaki Toshifumi、Tanaka Kazuhiro
  • 雑誌名: BMC Cancer 巻: 23 号: 1 ページ: 219-219
  • DOI: 10.1186/s12885-023-10693-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of SATB2, RUNX2, and SOX9 and possible osteoblastic and chondroblastic differentiation in chondroblastoma (2023)
  • 著者名/発表者名: Toda Yu、Yamamoto Hidetaka、Iwasaki Takeshi、Ishihara Shin、Ito Yoshihiro、Susuki Yosuke、Kawaguchi Kengo、Kinoshita Izumi、Kiyozawa Daisuke、Yamada Yuichi、Kohashi Kenichi、Kimura Atsushi、Fujiwara Toshifumi、Setsu Nokitaka、Endo Makoto、Matsumoto Yoshihiro、Nakashima Yasuharu、Mawatari Masaaki、Oda Yoshinao
  • 雑誌名: Pathology - Research and Practice 巻: 241 ページ: 154239-154239
  • DOI: 10.1016/j.prp.2022.154239
  • 査読あり
• [雑誌論文] Postoperative clinical and functional outcomes in patients with tumor and tumor-like lesion of foot and ankle (2022)
  • 著者名/発表者名: Kokubu Yasuhiko、Fujiwara Toshifumi、Nakagawa Koh、Setsu Nokitaka、Endo Makoto、Fukushi Jun-Ichi、Matsumoto Yoshihiro、Nakashima Yasuharu
  • 雑誌名: Journal of Foot and Ankle Research 巻: 15 号: 1 ページ: 75-75
  • DOI: 10.1186/s13047-022-00582-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nuclear β-catenin translocation plays a key role in osteoblast differentiation of giant cell tumor of bone (2022)
  • 著者名/発表者名: Kimura Atsushi、Toda Yu、Matsumoto Yoshihiro、Yamamoto Hidetaka、Yahiro Kenichiro、Shimada Eijiro、Kanahori Masaya、Oyama Ryunosuke、Fukushima Suguru、Nakagawa Makoto、Setsu Nokitaka、Endo Makoto、Fujiwara Toshifumi、Matsunobu Tomoya、Oda Yoshinao、Nakashima Yasuharu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 12 号: 1 ページ: 13438-13438
  • DOI: 10.1038/s41598-022-17728-5
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transferrin receptor 1-mediated iron uptake regulates bone mass in mice via osteoclast mitochondria and cytoskeleton (2022)
  • 著者名/発表者名: Das Bhaba K、Wang Lei、Fujiwara Toshifumi、Zhou Jian、Aykin-Burns Nukhet、Krager Kimberly J、Lan Renny、Mackintosh Samuel G、Edmondson Ricky、Jennings Michael L、Wang Xiaofang、Feng Jian Q、Barrientos Tomasa、Gogoi Jyoti、Kannan Aarthi、Gao Ling、Xing Weirong、Mohan Subburaman、Zhao Haibo
  • 雑誌名: eLife 巻: 11
  • DOI: 10.7554/elife.73539
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Clinical significance of signal regulatory protein alpha and T cell immunoreceptor with immunoglobulin and immunoreceptor tyrosine-based inhibition motif domain expression in undifferentiated pleomorphic sarcoma (2022)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Shin、Iwasaki Takeshi、Kohashi Kenichi、Kawaguchi Kengo、Toda Yu、Fujiwara Toshifumi、Setsu Nokitaka、Endo Makoto、Matsumoto Yoshihiro、Nakashima Yasuharu、Oda Yoshinao
  • 雑誌名: Journal of Cancer Research and Clinical Oncology 巻: 1 号: 6 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1007/s00432-022-04078-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] Efficacy and safety of tranexamic acid in patients undergoing surgery for bone and soft tissue tumors: a propensity score matching analysis (2022)
  • 著者名/発表者名: Oyama Ryunosuke、Setsu Nokitaka、Matsumoto Yoshihiro、Endo Makoto、Fujiwara Toshifumi、Iida Keiichiro、Nabeshima Akira、Nakashima Yasuharu
  • 雑誌名: Japanese Journal of Clinical Oncology 巻: 52 ページ: 1029-38
  • DOI: 10.1093/jjco/hyac078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical, Radiological, and Histopathological Characteristics of Periosteal Chondrosarcoma with a Focus on the Frequency of Medullary Invasion (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa Makoto、Endo Makoto、Susuki Yosuke、Yokoyama Nobuhiko、Maekawa Akira、Nabeshima Akira、Iida Keiichiro、Fujiwara Toshifumi、Setsu Nokitaka、Matsunobu Tomoya、Matsumoto Yoshihiro、Yokoyama Ryohei、Yamada Yuichi、Kohashi Kenichi、Yamamoto Hidetaka、Oda Yoshinao、Iwamoto Yukihide、Nakashima Yasuharu
  • 雑誌名: Journal of Clinical Medicine 巻: 11 号: 7 ページ: 2062-2062
  • DOI: 10.3390/jcm11072062
  • 査読あり / オープンアクセス