骨形成機構の細胞生物学的・分子生物学的解析

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09275227
• 研究機関: 昭和大学
• 研究代表者: 山口 朗 昭和大学, 歯学部, 助教授 (00142430)
• 研究分担者: 片岡 裕子 昭和大学, 歯学部, 助手 (60286846) ; 池田 通 昭和大学, 歯学部, 講師 (00211029)
• キーワード: 骨形成 / 骨芽細胞 / ヘッジホッグ / 培養細胞

研究概要

近年、種々の組織・器官の形成過程でHedgehog(Hh)が重要な役割を担っていることが報告されている。Sonic hedgehog(Shh)のノックアウトマウスは神経系の異常の他に、脊椎骨の欠損、肋骨の部分欠損、四肢の自脚の欠損などの骨格異常を呈するために、Shhの骨格形成への関与が注目されている。今年度は、骨芽細胞の分化に及ぼすShhの役割の解析を目的として研究を行った。
多分化能を有するマウス胎児由来のC3H10T1/2細胞とマウス胎児頭蓋冠由来の骨芽細胞様細胞MC3T3-E1細胞を用いて実験を行った。ニワトリ胚線維芽細胞にRCASベクターを用いてSHHのN末端側を発現させ、その培養状清(SHH-s up)をSHH蛋白として用いた。SHH-s upをC3H10T1/2およびMC3T3-E1細胞に添加すると、骨芽細胞の初期分化マーカーであるALP活性が誘導された。さらに、MC3T3-E1細胞ではオステオカルシンのmRNAの発現も誘導された。次にSHH-supによる骨芽細胞の分化の誘導がBMPを介した作用かを検討した。C3H10T1/2およびMC3T3-E1細胞のBMP-2,-4,-7のmRNAの発現は、SHH-supで処理しても明らかな上昇は認められなかった。しかし、SHH-supと同時に可溶性BMP受容体IAを添加するとSHH-supで誘導されたALP活性は有意に抑制された。これらの結果は、SHHによる骨芽細胞の分化促進作用には何らかの機序でBMPが関与していることを示唆している。また、Shhを過剰発現したニワトリ胚線維芽細胞をヌードマウスの筋肉内に移植した。その結果、移植した部では3週間後に明らかな骨形成が誘導された。
以上の結果より、SHHは骨芽細胞の分化および骨形成の過程で重要な役割を担う因子であると考えられた。

研究成果

• [文献書誌] Komori T, Yagi H, Yamaguchi A,et al.: "Targeted disruption of Cbfa1 results in complete lack bone formation owing to the maturation arrest of osteoblasts." Cell. 89. 755-764 (1997)
• [文献書誌] Ishizuya T, Yokose S, Yamaguchi A,et al: "Parathyroid hormone exerts disparate effects on osteoblast differentiation depending on exposure time in rat osteobllastic cells." J.Clin.Invest.99. 2961-2970 (1997)
• [文献書誌] Kawasaki K, Gao Y, Yamaguchi A,et al.: "Osteoclasts are present in gp 130-deficient mice." Endocrinology. 138. 4959-4965 (1997)
• [文献書誌] Nakamura T, Aikawa T, Yamaguchi A,et al.: "Hedgehogs synergiatically promote osteoblast differentiation with BMP-2." Biochem.Biophys.Res.Commun.237. 465-469 (1997)
• [文献書誌] Nishida S, Nakamura T, Yamaguchi A,et al.: "The effect of monoclonal anti-human GP130 antibody on the bone metabolism in normal and ovariectomized rats." Calcif Tissue Int. (in press). (1998)
• [文献書誌] Wada Y, Kataoka H, Yamaguchi A.et al.: "Changes in osteoblast phenotype during differentiation of enzymatically isolated rat calvaria cells." BONE. (in press). (1998)