| 研究課題/領域番号 |
15H02560
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| 研究機関 | 東京医科歯科大学 |
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研究代表者 |
淺原 弘嗣 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (70294460)
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| 研究期間 (年度) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | Mkx / 腱・靱帯 / 運動器 / GTF2IRD1 |
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| 研究実績の概要 |
運動器は、筋と骨・軟骨が腱・靱帯によって正確かつ強靭に結ばれることで機能を発揮するが、腱・靱帯の発生研究、再生医療は十分に進展していない。
本年度は、我々の同定した腱・靭帯に特異的な転写因子Mkxの腱・靭帯組織の発生と維持に必須の機能が、口腔内において歯を支持する組織である、歯根膜においても必須であることを示した。Mkxノックアウトマウスの歯根膜を解析したところ、加齢に伴って、歯根膜組織の破壊と骨化が起きていることが明らかとなった。その遺伝子発現プロファイルを解析したところ、MkxノックアウトマウスおよびMkxノックアウトラットを用いた腱・靭帯の解析で明らかとなった分子ネットワークが、歯根膜においても基本的に保存されていることが明らかとなった。これらのMkxを起点とした遺伝子ネットワークは、ヒト歯根膜細胞を用いた解析においても、同様な結果をえた。また、Mkxの上流シグナルにあたると考えられる遺伝子群においても、スクリーニングから得られた複数の候補遺伝子について、検討を進めた。特に、GTF2IRD1の局在が、メカノストレスによって、如何にMkxの発現誘導に寄与するかのメカニズムについて、詳細な解析を行った。またMkxノックアウトラットを用いて、Mkxの腱・靭帯の加齢変化における機能を解析し、腱だけでなく靭帯においても、Mkxの重要性がしめされた。
これら、実験データを基に、Mkxによる間葉系幹細胞からの腱細胞の誘導手法の確立を行い、これによる腱組織の再生医療への応用を試みており、力学的特性の解析や動物実験における検証を行った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
現在までに、我々の同定した腱・靭帯に特異的な転写因子Mkxの腱・靭帯組織の発生と維持に必須の機能とそのメカニズムを解明し、Mkxを用いた幹細胞からの腱・靭帯再生研究を進めてきている。特に、MkxノックアウトラットをCRISPR/Cas9を用いて作成し、そのフェノタイプを解析したところ、アキレス腱が異所性骨化を起こすことを見出した。Mkxノックアウトラットにおいて、歩行解析を行ったところ、足関節の可動域に異常を認めた。
このメカニズムとして、マイクロアレイおよびChIP(クロマチン免疫沈降)-シークエンスを組み合わせた実験結果の解析より、Mkxが腱に必要な遺伝子発現を促すだけでなく、骨化に関わる遺伝子の抑制制御を同時におこなっている可能性が示唆された。
また、in vitroでのメカニカルストレスの実験系により、野生型の腱細胞は、メカニカルストレスに応答して、腱に必要な遺伝子群の促進のみが起こるが、Mkxを欠損した腱細胞では、腱関連遺伝子の促進は起こらず、代わりに、Sox9など骨・軟骨関連遺伝子の発現が促進することが示された。
以上により、Mkxには腱を保持し、腱以外の組織への間違った分化を抑制する2面があり、これによって、腱・靭帯の恒常性が保たれることが示されている。
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| 今後の研究の推進方策 |
1． Mkx陽性細胞からの人工組織の構築①ヒトおよびマウスiPS細胞を作成し、これを用いて、間葉系の細胞を誘導、さらにMkxを導入することで、腱細胞の誘導方法を、昨年に続き検討する。②誘導されたMkx陽性細胞と進展装置を用いたin vitroでの3次元構造の中での腱・靭帯形成能を組織学的に検証する。
2．Mkxの上流を制御する分子群の解析
Mkxを制御する上流遺伝子として、GTF2IRD1を中心に複数の遺伝子群が候補として同定されてきており、これら遺伝子のMkx発現制御における機能を解析する。
3. Mkxの下流遺伝子の解析
Mkxの下流遺伝子として、ChIP-seqによって候補遺伝子が同定されており、Mkxの直接の制御を受けるかどうか、遺伝子発現やクロマチン修飾などを合わせて検討する。
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