骨の生体イメージングによる骨髄細胞・骨転移癌の遊走・分化やニッチ環境の可視化

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 細胞機能と分子活性の多次元蛍光生体イメージング
• 研究課題/領域番号: 22113007
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 石井 優 大阪大学, 生命機能研究科, 教授 (10324758)
• 研究期間 (年度): 2010-06-23 – 2015-03-31
• キーワード: 骨髄環境 / イメージング / ケモカイン / がん幹細胞 / 細胞分化 / ニッチ

研究概要

本研究では生体多光子励起イメージングの方法論を用いて、生きた動物の骨組織・骨髄内をリアルタイムで可視化する独自の実験系を確立させ、これを駆使して破骨細胞による骨破壊や骨芽細胞による骨新生の過程、およびその両者の生体内相互作用を時空間的に統合的に解明している。平成２５年度は破骨細胞が骨に接着し、破壊・吸収する過程を詳細に解析し、破骨細胞を「骨を活発に破壊するタイプ」と「比較的不活性のタイプ」の２種類に機能的に分類することができた。また、炎症性骨破壊では炎症性T細胞がこの機能的形質を変化させることが明らかになった。さらに。骨芽細胞と破骨細胞の２重標識化に成功し、両者の動的な相互作用を動的経過として可視化することができた。
一方で、本研究では平成２４年度までに、骨髄内における破骨細胞・マクロファージの骨髄内での定着・遊走が、脂質メディエーターであるスフィンゴシン１リン酸（S1P）やその受容体によって動的に制御されていることをすでに明らかにしていたが、平成２５年度は、このS1Pによる破骨細胞制御が、旧来より骨保護作用をもつと言われながらもその具体的な作用機序が不明であった活性型ビタミンDによって制御を受けることを明らかにした。これは骨破壊制御の治療の観点から重要な成果とされている。
さらに平成２５年度は、骨髄内でのがん細胞動態の動態制御の解明の観点から、蛍光標識したbcr-abl発症白血病細胞、または骨髄性白血病のライン化した腫瘍細胞を用いて、標識したがん細胞が定着する部位、およびその部位での動態、周囲のストロマ細胞との細胞間相互作用を可視化することに成功した。また、これらの白血病細胞にOVAを発現させるがん細胞の作成に成功しており、OT-IT細胞を用いて抗白血病免疫の実体を解明する基盤を確立した。

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

破骨・骨芽細胞の２重標識システムの確立や、白血病細胞の標識・動態解析など、当初計画の通り順調に経過していると言える。それらに加えて、破骨細胞の動的制御が活性型ビタミンDの薬効作用点になっていることなどの、当初計画での予想を超える研究成果も得られており、全体としては計画研究は順調に進行していると自己評価できる。

今後の研究の推進方策

骨髄内での白血病細胞のイメージング系であるが、用いる細胞種（bcr-abl異所性発現系やライン化した白血病細胞など）によって、生体骨組織内での局在や動態に若干の差異があり、今後、こういった異なる実験系における解析結果をどのように統合するかが大きな課題となっている。特に、ヒト白血病細胞の動態を解析するためには、現在のところ免疫不全マウスを用いる他はなく、その他のモデルとの相違点を系統的に解析することで、がん細胞の動態やその微小環境による制御機構に関する、より普遍的な概念の創出を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Cell cycle-dependent Rho GTPase activity dynamically regulates cancer cell motility and invasion in vivo. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kagawa Y, Matsumoto S, Kamioka Y, Mimori M, Naito Y, Ishii T, Okuzaki D, Nishida N, Maeda S, Naito A, Kikuta J, Nishikawa K, Nishimura J, Haraguchi N, Takemasa I, Mizushima T, Ikeda M, Yamamoto H, Sekimoto M, Ishii H, Doki Y, Matsuda M, Kikuchi A, Mori M, Ishii M
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 ページ: e83629
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0083629
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic visualization of RANKL and Th17-mediated osteoclast function. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kikuta J, Wada Y, Kowada T, Wang Z, Sun-Wada G-H, Nishiyama I, Mizukami S, Maiya N, Yasuda H, Kumanogoh A, Kikuchi K, Germain RN, Ishii M
  • 雑誌名: J. Clin. Invest. 巻: 123 ページ: 866-873
  • DOI: 10.1172/JCI65054
  • 査読あり
• [雑誌論文] S1P-mediated osteoclast precursor monocyte migration is a critical point of control in antibone-resorptive action of active vitamin D. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kikuta J, Kawamura S, Okiji F, Shirazaki M, Sakai S, Saito H, Ishii M
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 110 ページ: 7009-7013
  • DOI: 10.1073/pnas.121879911
  • 査読あり
• [学会発表] S1P-mediated control of bone cell dynamics visualized by intra-vital microscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaru Ishii
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Ventura, CA (USA)
  • 年月日: 20140112-20140117
  • 招待講演
• [学会発表] Intravital multiphoton imaging dissecting cellular dynamics in live animals. (2013)
  • 著者名/発表者名: Masaru Ishii
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Conference Asia
  • 発表場所: Suzhou (China)
  • 年月日: 20130820-20130823
  • 招待講演
• [備考] 大阪大学医学系研究科生命機能研究科免疫細胞生物学教室
  • URL: http://www.icb.med.osaka-u.ac.jp/publications.html