| 研究課題/領域番号 |
22K09360
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分56020:整形外科学関連
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| 研究機関 | 佐賀大学 |
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研究代表者 |
久木田 明子 佐賀大学, 医学部, 寄附講座教授 (30153266)
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| 研究分担者 |
馬渡 正明 佐賀大学, 医学部, 教授 (80202357)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2023年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 骨細胞 / 細胞老化 / 骨芽細胞 / SMAD1 / セリンプロテアーゼ / 遺伝子欠損マウス / 酸化ストレス / 老化 / 転写制御因子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
老化による骨量の減少は、高齢者のQOLにおいて大きな障害となっている。骨代謝を調節する骨の細胞の中で、骨細胞は寿命が長く老化の影響が蓄積された細胞である。申請者らは、ストレス応答に関わる転写因子Nupr1が骨細胞で高く発現し、遺伝子欠損マウスの解析からNupr1が骨形成を阻害し老化細胞を増加させ老化に関連がある IGFBP6などの蛋白質の発現を制御する可能性を見出した。本研究では、Nupr1と老化に関連がある蛋白質（IGFBP6など）による骨形成阻害作用、Nupr1が発現する骨細胞の性状解析やヒト骨組織における発現解析を行い、骨形成や骨の老化に関する新たなメカニズムを明らかにする。
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| 研究実績の概要 |
加齢による骨量の減少は、高齢社のQOLにおいて大きな問題となっている。申請者らは、ストレス応答に関わる転写制御因子Nupr1遺伝子欠損（KO）マウスの解析から、Nupr1が骨形成や加齢による骨量減少と老化細胞の蓄積に関わることを見出した。Nupr1が骨細胞や一部の骨芽細胞で高く発現することから骨細胞の網羅的遺伝子発現比較解析を行ったところ、Nupr1 KOマウスの骨細胞でインスリン様成長因子（IGF）結合するタンパク質であるIGFBP6やHtrA1セリンプロテアーゼの発現が低下していた。IGFBP6やHtrA1はどちらも骨形成や老化に関連することが知られているが、RT-PCR法により野生型（WT）とNupr1KOマウスの骨細胞におけるIGFBP6とHtrA1の発現を調べたところ、特にHtrA1の発現がWTと比較し若齢と老齢KOマウスで顕著に低下することを見いだした。そこで、Nupr1の骨形成や老化細胞形成のメカニズムにどのようにHtrA1が関与するか解析を行った。HtrA1は初代骨芽細胞分化培養系において分化とともに発現が上昇したが、Nupr1KOマウスの骨芽細胞では分化初期よりその発現が低下しており、分化による発現上昇も見られなかった。Nupr1とHtrA1は骨芽細胞でTGFbetaの添加により発現が誘導されたが、Nupr1 KO骨芽細胞ではHtrA1は誘導されなかった。さらに、Nupr1KOマウスの骨芽細胞では分化で誘導されるSMAD1のリン酸化が顕著に亢進した。一方、過酸化水素を用いて骨芽細胞に酸化ストレスによる細胞老化を誘導したところ、Nupr1とHtrA1の両方の発現が誘導され、Nupr1を強発現するとHtrA1の発現が亢進した。これらのことより、Nupr1はHtrA1を介して、骨芽細胞の分化シグナルや老化細胞形成に関わることが考えられた。
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| 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
以前の申請者らの研究でNupr1KOマウスでは骨形成が亢進しており、Nupr1が骨形成を阻害することが考えられていた。一方、HtrA1セリンプロテアーゼもHtrA1KOマウスにおいて特に老齢マウスで骨量が増加することが報告されている。Nupr1KOマウスではHtrA1の発現が顕著に低下していたことやin vitroでNupr1の強発現がHtrA1の発現を上昇させることから、Nupr1の骨形成に対する作用はHtrA1の発現制御が関わっている可能性が考えられた。また、Nupr1の骨形成制御のメカニズムとしてSMAD1シグナル対する作用が関与しているがわかった。さらに、申請者らは、Nupr1が老化細胞形成に作用し加齢による骨量減少に関わることも見出していたが、HtrA1は老化細胞形成を誘導することも報告されており、Nupr1がHtrA1を介して老化細胞形成を亢進させる可能性が考えられた。このように、いずれもストレスによって誘導されることが知られていたタンパク質であるNupr1とHtRA1の新たな関係を見出した。
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| 今後の研究の推進方策 |
Nupr1の骨形成や老化細胞形成のメカニズムについてさらに詳細に解析を行っていく予定である。HtrA1にはHtrA2，HtrA3，HtrA4の仲間があり、特にNupr1はHtrA1とHtrA3の発現の制御に関与していることを見出しているので、レンチウイルスを用いてHtrA1-4の発現を抑制あるいは強発現することにより、それぞれの骨芽細胞の分化や石灰化に対する影響を解析する。さらに、Nupr1とHtrA1は骨芽細胞の石灰化・最終分化に関与することも考えられているため、WTとNupr1KOマウスの骨のミネラル測定などを行い骨質の比較解析を行う。また、Nupr1阻害剤をin vitroの骨芽細胞分化系やマウスに投与した実験を行って、骨形成や老化細胞形成に対する効果を解析する予定である。
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