骨の再生医学的治療戦略の分子生物学的基盤の研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14207056
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 野田 政樹 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (50231725)
• 研究分担者: 辻 邦和 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助手 (20323694) ; 二藤 彰 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 助教授 (00240747)
• キーワード: 骨粗鬆症 / 骨芽細胞 / BMP / 低骨量状態 / Tob / Smad / エストロジェン

研究概要

骨の粗鬆化は閉経後において急速に進行し、エストロジェンの消退がその原因となっていることは知られているが、骨量減少のメカニズムならびに低レベルの定常状態の骨量に平衡が移行する機序は現在なお明らかとなっていない。骨の組織は骨量のレベルが正常な場合にもまた低下した場合にもそれぞれ一定の平衡状態に達すると考えられている。この平衡状態を決定するプラスとマイナスの両方の因子が閉経後骨粗鬆症においても低骨量の決定を行うとするならば、低骨量状態においても骨を常に増やす方向の活性が存在する可能性が考えられ、もしこれが在るならばその活性を活かすことが骨粗鬆症に対する治療の鍵となる可能性がある。我々は既にBMPのシグナル分子であるSmadと結合し、これと共に核内に移行してSmadの働きを抑制する分子TobがBMPがin vivoにおける直接的な骨形成作用を抑制することを観察した。
本研究においてはBMPの頭蓋骨に対する直接投与により形成される骨の形態計測を行い、Toの存在下、非存在下において起こる骨形成を評価した。この結果Tobの存在下、ならびに非存在下でいずれもBMPの直接の頭蓋骨への投与は骨形成を引き起こすが、Tobの非存在下で引き起こされる新しい骨形成は形成された骨の高さおよび横の広がりをマイクロCTで評価した結果、いずれのパラメーターにおいても有意の増加が観察された。興味深いことにこれらの骨の新生は頭頂骨の骨膜から直接は連続しておらず、いったん頭頂骨骨膜を介して分離して形成されることが明らかとなった。次にTobのこのようなBMPに対する作用の特異性を観察するため長管骨骨髄の物理的な抜去により(Ablation)その回復過程に観察される急激な骨形成について観察した。この骨形成モデルでは内軟骨骨化過程をとらず、骨芽細胞の前駆細胞から直接分化した細胞が海綿骨を形成する。この過程においてはTobの存在下、非存在下ともにほぼ同様の骨の新生が観察されTobの存在、非存在の骨形成に対する影響はBMPに対する特異的な作用であることが推察された。以上のことからBMPに対する抑制が常に働く状態から解除することが骨量の低値の定常状態を改善し、骨粗鬆症からの骨量の増加をもたらしうることが推測される。即ち、Tobの抑制を可能とする薬剤の開発が骨量の増加をもたらず可能性が推察された。

研究成果

• [文献書誌] Usui M: "Enhancing effect of Tob deficiency on bone formation is specific to BMP-induced osteogenesis"Journal of Bone and Mineral Research. 17. 1026-1033 (2002)
• [文献書誌] Shen ZJ: "Negative Regulation of Bone Morphogenetic Protein/Smad Signaling by Cas-interacting Zinc Finger Protein in Osteoblasts"The Journal of Biological Chemistry. 27. 29840-29846 (2002)
• [文献書誌] Yumoto K: "Osteopontin deficiency protects joints against destruction in anti-type II collagen antibody-Induced arthritis in mice"Proceeding of the National Academy of Sciences USA. 99. 4556-4561 (2002)
• [文献書誌] Yamashita T: "Double Mutation in Kiotho and Osteoprotegenin Gene Loci Rescued Osteopetronic Phenotype"Endocrinology. 143. 4711-4717 (2002)
• [文献書誌] Kashimada K: "Defects in growth and bone metabolism in klotho mutant mice are resistant to GH treatment"J. Endocrinology. 174. 403-410 (2002)
• [文献書誌] Ishijima M: "Resistance to unloading-induced three-dimensional bone loss in osteopontin-deficient mice"Journal of Bone and Mineral Research. 17. 661-667 (2002)
• [文献書誌] Kitahara K: "Osteopontin-Denficiency Induces Parathyroid Hormone Enhancement of Cortical Bone Formation"Endocrinology. (in press). (2003)
• [文献書誌] Salingcarnboriboon R: "Establishment of Tendon-Derived Cell Lines Exhibiting Pluripotent Mesenchymal Stem Cell-Like Property"Experimental Cell Research. (in press). (2003)
• [文献書誌] Morinobu M: "Osteopontin Expression in Osteoblasts and Osteocytes during Bone Formation under Mechanical Stress in the Calvarial in Vivo"Journal of Bone and Mineral Research. (in press). (2003)
• [文献書誌] Yoshikawa M: "CLC-3 deficiency leads to phoenotypes similar to human neuronal ceroid lipofuscinosis"Genes to Cell. 7. 597-605 (2002)
• [文献書誌] Maeda Y: "Coordinated development of embryonic long bone in ovo organ culture on chorioallantoic membrane prevents perichondrium-derived suppressive signals against cartilage growth"Bone. 32(1). 27-34 (2002)
• [文献書誌] Yagi K: "Bone Morphogenetic Protein-2 Enhances Osterix Gene Expression in Chondrocytes"Journal of Cellular Biochemistry. 88. 1077-1083 (2003)