内因性Del-1分子に着目した炎症制御のメカニズム解析と応用研究

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06272
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 前川 知樹 新潟大学, 医歯学総合研究科, 助教 (50625168)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 歯周病 / リウマチ関節炎 / 骨免疫 / 骨代謝 / 抗炎症分子 / 細菌叢 / Del-1

研究実績の概要

本研究では，内因性抗炎症分子であるDel-1を応用した，歯周病やリウマチを含めた炎症性骨吸収や細菌叢，骨破壊を制御することを目的としている．平成２８年度，２９年度の研究により，Del-1の新規の機能として，βカテニンを介さない非古典経路で重要な役割を果たしていることが明らかとなってきた．特に，骨芽細胞系細胞と破骨細胞前駆細胞との間のWnt5a-Ror2シグナル伝達系が，非古典経路の活性化と破骨細胞の分化において重要な因子の一つであることに着目し，Del-1が骨吸収制御にどのように関わっているかを分子レベルで検索した．
野生型マウスとDel-1KOマウスおよびRor2KOマウスより採取した破骨前駆細胞を用い，Wnt5aとDel-1刺激による破骨細胞分化関連分子の変動をウエスタンブロット法とqPCR法にて比較したところ，Del-1はWnt5aによるRANKの発現を制御していた．さらに，Del-1とWnt5a，Ror2との相互作用を，プルダウンアッセイにて結合能を判定したところ，Del-1は，Wnt5aと競合的にRor2に結合することが認められたため，Del-1はWnt5aの競合的拮抗剤として働くと推察された．Wnt5aのデコイ受容体とDel-1接種による破骨細胞の制御に関しては，野生型マウスとDel-1KOマウスを用いたin vivo 歯牙結紮モデルとコラーゲン誘導関節炎を用いて解析したところ，炎症と骨吸収が抑制されていた．以上より，Del-1は，既知のインテグリンを介する破骨細胞分化抑制能と，白血球の遊走抑制による局所炎症の抑制能に加え，新たにWnt5a競合的かつβカテニン非依存的な非古典経路の阻害能を有する可能性が示された．

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

平成２９年度の当初に予定されていたBiacoreによるプラズモン解析では，Del-1とWnt5aとRor2の３者のそれぞれのタンパク質の作成と精製が成功したことで，新しい知見が得られた．すなわち，Del-1がRor2とWnt5aとの活性化に関わる古典的経路を阻害することで骨吸収，骨免疫を抑制する知見が得られた．この結果から，Ror2KOマウスとDel-1KOマウスを用いた炎症性骨吸収抑制の詳細なメカニズムの解明が推進できた．
また，前年度に同定された高効率のDel-1を歯牙結紮による歯周炎モデルマウスの歯周炎患部局所に接種し，Del-1の歯周炎へ治療効果を評価したところ、Del-1の炎症性骨吸収抑制が認められた．さらに、研究開始当初には予定していなかったリウマチ関節炎モデルを利用することで，Del-1の適応範囲を全身的に拡大できる可能性を見出した．またDel-1の発現制御メカニズムの一旦を解明することができたことで，加齢によりDel-1の発現が減少しているマウスへの自律的なDel-1の誘導をおこなう新しい戦略を見いだすことができた．加えて，歯周炎モデルマウスに対するDel-1による治療効果の評価において，細菌の構成バランスの変化と組織浸出液（歯肉溝浸出液）の分子生物学的解析により，Del-1接種法の利点を示すことができた．

今後の研究の推進方策

H２８年度，２９年度の研究成果により，Del-1の古典的経路阻害による骨吸収抑制機構が明らかになったことから，最終年度であるH３０年度には，マウスとサルを用いたトランスレーショナルリサーチをおこなう．トランスレーショナルリサーチでは，ヒト40歳～50歳に相当するカニクイザルを用いる．壮年カニクイザルを用いることで，実験的に誘導した歯周炎ではなく，よりヒトの歯周炎に近い自然発症型の歯周炎を研究に使用できる．さらにウシ２型コラーゲンの関節への投与によるサルの誘導型リウマチ関節炎モデルをもちいたDel-1の効果を同時に検討する．
歯周炎やリウマチ関節炎患部へのDel-1の直接的な投与の他に，全身性のDel-1の誘導を試みる．これまでの研究から血管内皮細胞に炎症性サイトカインであるIL-17を添加すると，Del-1の発現が遺伝子・タンパクレベルで抑制されることを明らかにしている．抗炎症効果をもつオメガ脂肪酸であるレゾルビンは，Del-1の産生抑制効果を打ち消すが，恒常的なDel-1の発現レベルにまでのみ誘導が可能である．しかし，ステロイドDHEA添加では，Del-1の恒常的な発現の約100倍に達する発現の上昇が認められた．DHEAのDel-1の制御メカニズムの一端は明らかになってきたが，歯周炎や関節リウマチに対するDHEAによるDel-1の誘導がどのように働きかけるのかを解明する．つまり，DHEAの全身・局所投与による，歯周炎やリウマチにおける炎症や骨吸収への影響を評価する．

研究成果

• [国際共同研究] ペンシルベニア大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: ペンシルベニア大学
• [国際共同研究] ドレスデン工科大学(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ドレスデン工科大学
• [国際共同研究] チュラロンコン大学(タイ)
  • 国名: タイ
  • 外国機関名: チュラロンコン大学
• [国際共同研究] マニラ中央大学(フィリピン)
  • 国名: フィリピン
  • 外国機関名: マニラ中央大学
• [雑誌論文] Sulfated vizantin induces the formation of macrophage extracellular traps. (2018)
  • 著者名/発表者名: Oda M, Kurosawa M, Yamamoto H, Domon H, Kimura T, Isono T, Maekawa T, Hayashi N, Yamada N, Furue Y, Kai D, Terao Y.
  • 雑誌名: Microbiol Immunol. 巻: 0 ページ: 0
  • DOI: 10.1111/1348-0421.12589.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pneumococcal DNA-binding proteins released through autolysis induce the production of proinflammatory cytokines via toll-like receptor 4. (2018)
  • 著者名/発表者名: Nagai K, Domon H, Maekawa T, Oda M, Hiyoshi T, Tamura H, Yonezawa D, Arai Y, Yokoji M, Tabeta K, Habuka R, Saitoh A, Yamaguchi M, Kawabata S, Terao Y.
  • 雑誌名: Cell Immunol. 巻: 325 ページ: 14-22
  • DOI: 10.1016/j.cellimm.2018.01.006.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An ENU-induced splice site mutation of mouse Col1a1 causing recessive osteogenesis imperfecta and revealing a novel splicing rescue. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tabeta K, Du X, Arimatsu K, Yokoji M, Takahashi N, Amizuka N, Hasegawa T, Crozat K, Maekawa T, Miyauchi S, Matsuda Y, Ida T, Kaku M, Hoebe K, Ohno K, Yoshie H, Yamazaki K, Moresco EMY, Beutler B.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 ページ: 0
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10343-9.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Secreted protein Del-1 regulates myelopoiesis in the hematopoietic stem cell niche. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitroulis I, Chen LS, Singh RP, Kourtzelis I, Economopoulou M, Kajikawa T, Troullinaki M, Ziogas A, Ruppova K, Hosur K, Maekawa T, Wang B, Subramanian P, Tonn T, Verginis P, von Bonin M, Wobus M, Bornh M, Grinenko T, Di Scala M, Hidalgo A, Wielockx B, Hajishengallis G, Chavakis T.
  • 雑誌名: J Clin Invest. 巻: 127 ページ: 3624-3639
  • DOI: 10.1172/JCI92571.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Streptococcus pyogenes Phospholipase A2 Induces the Expression of Adhesion Molecules on Human Umbilical Vein Endothelial Cells and Aorta of Mice. (2017)
  • 著者名/発表者名: Oda M, Domon H, Kurosawa M, Isono T, Maekawa T, Yamaguchi M, Kawabata S, Terao Y.
  • 雑誌名: Front Cell Infect Microbiol. 巻: 7 ページ: 300
  • DOI: 10.3389/fcimb.2017.00300.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 内因性Del-1分子と歯周病．クローズアップセッション「骨免疫と歯周病」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前川知樹
  • 学会等名: 第3回日本骨免疫学会ウインターセミナー
• [学会発表] Del-1 restrains osteoclastogenesis and inhibits inflammatory bone loss in periodontitis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Maekawa Tomoki
  • 学会等名: International collaborative symposium on development of human resources in practical oral health and treatment
  • 国際学会
• [学会発表] Del-1分子による歯周炎の制御メカニズム解析とサルの応用研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 前川知樹
  • 学会等名: 第3回口腔医科学フロンティア研究会
• [学会発表] Inhibition of pre-existing natural periodontal inflammation in non-human primates by a locally administered peptide inhibitor of complement C3. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maekawa Tomoki
  • 学会等名: 7th TIMNAS and 4th JSMiD 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Genetic and intervention studies implicating keystone pathogens as a major target for the treatment of periodontitis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maekawa Tomoki
  • 学会等名: The 65th Annual Meeting of Japanese Association for Dental Research
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 内因性Del-1分子による炎症性骨吸収の制御メカニズム解析とサルの応用研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川知樹
  • 学会等名: 第60回春季日本歯周病学会学術大会
• [学会発表] Del-1分子による歯周炎制御メカニズム解析とサルの応用研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川知樹
  • 学会等名: 第59回歯科基礎医学会学術大会・総会
• [学会発表] 抗炎症性分子Del-1はWnt5a-Ror2伝達経路を阻害し骨吸収を抑制する (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川知樹，小林泰浩，土門久哲，寺尾 豊，前田健康，Hajishengallis George
  • 学会等名: 第3回日本骨免疫学会
• [学会発表] 抗炎症性分子Del-1はWnt5a-Ror2伝達経路を阻害し骨吸収を抑制する (2017)
  • 著者名/発表者名: 前川知樹，小林泰浩，土門久哲，永井康介，寺尾 豊，前田健康
  • 学会等名: 第59回歯科基礎医学会学術大会・総会
• [学会発表] 自己溶菌に伴い放出される肺炎球菌の菌体内病原因子の同定と分子解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 永井康介，土門久哲，前川知樹，山口雅也，川端重忠，寺尾 豊
  • 学会等名: 第59回歯科基礎医学会学術大会・総会
• [学会発表] 肺炎の重症化に伴い誘導される宿主由来エラスターゼの病原性解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 土門久哲，前川知樹，永井康介，山口雅也，川端重忠，寺尾 豊
  • 学会等名: 第59回歯科基礎医学会学術大会・総会
• [備考] 新潟大学高度口腔機能教育研究センター
  • URL: http://www.caos-niigata-univ.net/