骨細胞が機械的刺激を生物的刺激に変換する機序を解明する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12671998
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 上岡 寛 岡山大学, 歯学部・附属病院, 講師 (80253219)
• 研究分担者: 宮本 学 岡山大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (40252978) ; 山本 照子 岡山大学, 大学院・医歯学総合研究科, 教授 (00127250)
• キーワード: メカニカルストレス / 骨細胞 / 骨芽細胞 / 細胞骨格 / connective tissue growth factor / 流体剪断応力

研究概要

骨芽細胞・骨細胞に機械的刺激を負荷した時に生じる細胞骨格の形態観察が行われた。骨細胞株MC3T3-E1細胞を用いた流体剪断応力の負荷実験では、1時間、12 dynes/cm^2の力を負荷すると、負荷前後で細胞骨格の一つであるアクチンは、急速にその形態を変化させることが蛍光標識ファロイジンを用いた実験で確認された。一方、その他の細胞骨格蛋白であるチュブリン、ヴィメンチンは1時間の負荷では大きな形態的変化を示すことはなかった。また、Texas Red標識ヴィンクリンを骨芽細胞に微少注入し機械的刺激を負荷し、生細胞での細胞接着部位の観察を行ったところ、細胞接着部位の機械的刺激に対する応答は10分後にその数、また接着面積ともに増加することが明らかになった。よって、骨芽細胞は機械的刺激に対して、細胞骨格を迅速に変化させていることが明らかになった。骨細胞に同様の力を負荷し、アクチン、チュブリン、ヴィメンチンの変化を検討したが1時間ではどの蛋白にも形態的な変化は生じなかった。また、細胞接着の部位にも変化はみられなかった。これらのことから、骨細胞の細胞骨格は機械的負荷に対して非常に安定したものであることが示唆された。
次に、骨細胞の細胞突起が非常に安定した形態、細胞骨格をもつ点に着目し、蛍光標識ファロイジンを用いて、骨組織中での骨細胞細胞突起の3次元的形態観察を共焦点レーザー顕微鏡と透過レーザー微分干渉顕微鏡を併用し行った。この手法により、骨細胞の骨組織中での3次元構築を行うこと可能となった。
さらに、骨細胞が機械的刺激に応答することにマーカーとして、CTGF(connective tissure growth factor)が有用であることが示唆された。CTGFは流体剪断応力に対してその強さ、作用時間に応じて発現されることがreal time PCR法を用いて確認された。

研究成果

• [文献書誌] Kamioka, H.: "A three-dimensional distribution of osteocyte processes revealed by the combination of CLS and DIC microscopy"Bone. 28・2. 145-149 (2001)
• [文献書誌] Yamashiro, T.: "Mechanical stimulation induces CTGF expression in rat osteocytes"Journal of Dental Research. 80・2. 461-465 (2001)
• [文献書誌] Tusboi, Y.: "Mitogenic effect of neurotrophins of periodontal ligament cell line"Journal of Dental Research. 80・3. 181-186 (2001)
• [文献書誌] Yamashiro, T.: "Inferior alveolar nerve transection inhibits increase in osteoclast appearance"Bone. 26・6. 663-669 (2001)
• [文献書誌] Yamashiro, T.: "Epithelial rests of malassez expressed immunoreactivity of TrkA and its distribution is regulated by sensory nerve innervation"The Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 48・7. 979-984 (2000)
• [文献書誌] Yamashiro, T.: "Medullary monoamine levels during experimental tooth movement"Brain Research. 878. 199-203 (2000)