骨の再生医学的治療戦略の分子生物学的基盤の研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14207056
• 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: 副甲状腺ホルモン / オステオポンチン / マトリックス / 骨塩量 / 海綿骨 / 外骨膜 / 骨形成速度 / 石灰化速度

研究概要

骨量の低下は閉経後の骨粗鬆症をはじめとして急速に起こり、骨折の危険を高め国民のQOLの低下のみならず医療経済学的な大きな問題となっている。これまでの治療薬は骨の吸収の阻害を行う薬剤が主であったが、この薬剤による骨折率の低下は約50%にとどまる。そこで骨量の増加をもたらす薬剤が必要とされるが現在米国で用いられている副甲状腺ホルモン(PTH)はその用量によっては副作用が懸念されている。そこで骨形成の作用が明らかなPTHのような薬剤の作用メカニズムを明らかにすることによりこの薬剤の効果を用量の増加をせずに増強する方策を検討することが重要である。オステオポンチン(OPN)は骨基質に存在するマトリックス分子であり、PTHによってその発現が促進され、細胞接着ドメインとカルシウムに対する高親和性を持つドメインを持つことから骨形成に対するその作用が推察されている。そこで、このOPNのPTHの作用に対する修飾の可能性を検討した。野生型の129系統のマウスにおいては80μg/kg/dayのPTHを4週間投与する実験系において大腿骨の骨皮質を主体とする骨塩量を示すBMDは野生型では影響を受けなかったが、OPNの欠失マウスにおいてはBMDの増加が大腿骨ならびに脛骨の両方において見られた。一方、海綿骨については既に報告されているようにPTHでの骨量の増加が明らかであり、一方、OPNの欠失の場合にもほぼ同様の骨量の増加が観察された。それに対して、皮質骨の水平断面を用いた皮質骨量の検討の結果、皮質骨量はBMDの結果と同様に野生型ではPTH投与により殆ど変化せず、一方OPNの欠失マウスにおいては皮質骨量がPTHにより明らかに上昇した。骨形成と骨吸収のパラメーターの解析からは外骨膜においてPTHは骨の形成速度(BFR)ならびに石灰化速度(MAR)をそれぞれ低下させたが、OPNが欠失するとPTHの作用は逆転し、促進作用が観察された。これに対して内骨膜(Endosteal)の骨形成速度(BFR)はPTHの投与により野生型で促進される一方OPNの欠失状態ではPTHで全く変化が見られなかった。さらに海綿骨においては野生型では既に報告されたようにPTHによる骨形成速度ならびに石灰化速度の促進が見られたが、OPNの欠失状態ではその作用がさらに高められた。以上の検討の結果、PTHが骨形成を促進する際、骨の別々のコンパートメントにおいて異なる骨形成の制御機能を持つこと、ならびにOPNがPTHの骨形成に対する修飾機能を持つことが明らかになった。

研究成果

• [文献書誌] Michihiko Usui: "Tob-deficiency super-enhances osteoblastic activity after ovariectomy to block estrogen deficiency-induced osteoporosis"Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A.. 101(in press). (2004)
• [文献書誌] Keiichiro Kitahara: "Osteopontin-deficiency induces parathyroid hormone enhancement of cortical bone formation"Endocrinology. 144(5). 2132-2140 (2003)
• [文献書誌] Kunikazu Tsuji: "Aged mice require full transcription factor, Runx2/Cbfal, gene dosage for cancellous bone regeneration after bone marrow ablation"Journal of Bone and Mineral Research. 19(in press). (2004)
• [文献書誌] Yoshio Ohyama: "Osteopontin-deficiency suppresses growth of B16 melanoma cells implanted in bone and osteoclastgenesis in cocultures"Journal of Bone and Mineral Research. 19(in press). (2004)
• [文献書誌] Mikihiko Morinobu: "Osteopontin expression in osteoblasts and osteocytes during bone formation under mechanical stress in the calvarial suture in vivo"Journal of Bone and Mineral Research. 18(9). 1706-1715 (2003)
• [文献書誌] Choo-ryung J.Chung: "Micro-CT evaluation of tooth, calvaria and mechanical stress-induced tooth movement in adult Runx2/Cbfal heterozygous knock-out mice"Journal of Medical and Dental Sciences. 51(in press). (2004)
• [文献書誌] Maya Takamoto: "Hedgehog signaling enhances core-binding factor al and receptor activator of nuclear factor-κB ligand gene expression in chondrocytes"Journal of Endocrinology. 177(3). 413-421 (2003)
• [文献書誌] Ruchanee Salingcarnboriboon: "Establishment of tendon-derived cell lines exhibiting pluripotent mesenchymal stem cell-like property"Experimental Cell Research. 287(2). 289-300 (2003)
• [文献書誌] Yukiko Maeda: "Coordinated development of embryonic long bone on chorio-allantoic membrane in ovo prevents perichondrium-derived suppressive signals against cartilage growth"Bone. 32(1). 27-34 (2003)
• [文献書誌] Keisuke Yagi: "Bone morphogenetic protein-2 enhances Osterix gene expression in chondrocytes"Journal of Cellular Biochemistry. 88. 1077-1083 (2003)