骨細胞－感覚神経ネットワークがもたらす骨疾患病態の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H05104
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 日浅 雅博 徳島大学, 病院, 助教 (90511337)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 骨細胞 / 感覚神経 / Cx43 / 骨痛

研究実績の概要

癌の骨転移によって生じる骨痛は、腫瘍の進行に伴い高頻度で発生し、患者に耐え難い苦痛を与える。骨痛はNSAIDS やオピオイド系鎮痛薬が効きにくいため、緩和治療には既存の鎮痛薬による治療に加え、骨痛病態を解明し多方向からの集学的アプローチが必要であるが、骨痛病態の形成機構については未だ不明な点が多い。本申請では、骨組織を構成する細胞で大多数を占める骨細胞が、骨内を走行する痛覚神経とコネキシン（Cx）43 介した細胞間小分子輸送ネットワークを構築することに着目し、骨細胞と痛覚神経間で痛みを増悪する情報伝達システムが存在することを明らかとし、これを断ち切ることで効率的な骨痛治療を開発することを目的とした。
これまでに、骨細胞の細胞突起が作るネットワークは、骨細胞同士のみならず知覚神経とも接触し、Cx43によるギャップ結合が介在することを確認した。また、小分子輸送が両細胞間で行われることを見出した。さらに、癌の骨転移骨痛動物モデルとして、E0771 マウス乳癌細胞脛骨移植モデルを作成し骨痛をvon Frey testで経時的に計測したところ、腫瘍の増大に伴い骨痛の増強を認めたが、 Cx43 阻害薬 GAP27 の投与や、骨細胞特異的Cx43ノックアウトマウス(Cx43 cKOマウス)においては骨痛は減弱したことから、Cx43 により構築される神経細胞と骨細胞間ギャップ結合が癌の骨転移骨痛の増悪メカニズムに関与することが考察された。今年度は、Cx43を介して骨細胞と神経細胞間で輸送され、神経興奮を誘導する小分子の同定を質量分析によるタンパク質網羅的解析にて試みた。うち３つの因子をピックアップし、その小分子の骨細胞特異的欠損マウスの作成を行った。今後、骨細胞による癌の骨転移骨痛増悪メカニズムを明らかにする予定である。

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

本研究課題では、これまでに癌の骨転移骨痛モデルを作成し骨痛の評価方法を確立した。また、骨細胞と神経細胞間でCx43を介した小分子輸送が行われることを確認し、これが神経興奮に関与することを明らかにした。加えて、Cx43阻害薬GAP27の投与によって癌の骨転移骨痛が抑制されることを見出すとともに、骨細胞特異的Cx43ノックアウトマウスでは癌の骨転移骨痛が減弱することを明らかにした。また、Cx43 により構築される神経細胞と骨細胞間ギャップ結合で輸送され、神経興奮を誘導する小分子の同定を質量分析によるタンパク質網羅的解析にて試み、３つの候補因子をピックアップし、その小分子の骨細胞特異的欠損マウスの作成を行った。
当初の予定通り実験計画を実施しており、おおむね順調に研究計画は進展していると思われる。

今後の研究の推進方策

見当をつけた小分子については、メンブレンフィルターの表裏を用いた骨細胞と神経細胞の共培養系で骨細胞から神経細胞に移行することを、蛍光免疫染色等の方法にて再度確認する。さらに、この小分子が神経興奮に関係することを、組み替えタンパクを直接神経細胞に添加し、神経細胞内Ca2+流入で評価する。
小分子の骨細胞特異的欠損マウスの作成は継続し行い、骨細胞による癌の骨転移骨痛増悪メカニズムを明らかにする。また、アジュバンドを用いた関節リウマチモデルマウスの関節痛や神経障害性疼痛モデルでも検討を行う。
血清等の患者サンプルで同定した小分子の測定を行い、骨痛診断および治療法への臨床応用が可能かを検討する。

研究成果

• [国際共同研究] Indiana University School of Medicine(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Indiana University School of Medicine
• [雑誌論文] Persistent Activation of Calcium-Sensing Receptor Suppresses Bone Turnover, Increases Microcracks, and Decreases Bone Strength (2019)
  • 著者名/発表者名: Dong Bingzi、Endo Itsuro、Ohnishi Yukiyo、Mitsui Yukari、Kurahashi Kiyoe、Kanai Mai、Hiasa Masahiro、Teramachi Jumpei、Tenshin Hirofumi、Fukumoto Seiji、Abe Masahiro、Matsumoto Toshio
  • 雑誌名: JBMR Plus 巻: - ページ: e10182～e10182
  • DOI: DOI: 10.1002/jbm4.10182
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Class 1 HDAC and HDAC6 inhibition inversely regulates CD38 induction in myeloma cells via interferon-α and ATRA (2018)
  • 著者名/発表者名: Bat-Erdene Ariunzaya、Nakamura Shingen、Oda Asuka、Iwasa Masami、Teramachi Jumpei、Ashtar Mohannad、Harada Takeshi、Miki Hirokazu、Tenshin Hirofumi、Hiasa Masahiro、Fujii Shiro、Sogabe Kimiko、Oura Masahiro、Udaka Kengo、Kagawa Kumiko、Yoshida Sumiko、Aihara Ken-ichi、Kurahashi Kiyoe、Endo Itsuro、Abe Masahiro
  • 雑誌名: British Journal of Haematology 巻: - ページ: -
  • DOI: doi: 10.1111/bjh.15673
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Bone and calcium metabolism associated with malignancy. Mechanism of cancer-induced bone pain. (2018)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hiasa
  • 雑誌名: Clinical Calcium 巻: 28 ページ: 1495-1502
  • DOI: doi: CliCa181114951502
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crosstalk Between Sensory Nerves and Cancer in Bone (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoneda Toshiyuki、Hiasa Masahiro、Okui Tatsuo
  • 雑誌名: Current Osteoporosis Reports 巻: 16 ページ: 648～656
  • DOI: doi: 10.1007/s11914-018-0489-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of pulsed ultrasound toothbrush on Streptococcus mutans biofilm removal (2018)
  • 著者名/発表者名: Shinya Horiuchi、Hiromichi Yumoto、Tomoko Kimura、Minami Sato、Silvia Naomi Mitsui、Masahiro Hiasa、Eiji Nishikawa、El-Bialy Tarek、Eiji Tanaka
  • 雑誌名: American journal of dentistry 巻: 31 ページ: 67-70
  • 査読あり
• [学会発表] TAK1阻害は骨髄腫細胞と骨髄相互作用を抑制し、腫瘍進展と骨病変形成を抑制する (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺町順平、 天真寛文、日浅雅博、遠藤逸朗、松本俊夫、安倍正博
  • 学会等名: 第36回骨代謝学会学術集会
• [学会発表] TAK1阻害はTRAILによる破骨細胞活性化作用を遮断させると同時にTRAILの抗骨髄腫作用を増強する (2018)
  • 著者名/発表者名: 天真寛文、寺町順平、日浅雅博、谷本幸多郎、Mohannad Ashtar、Ariunzaya Baterdene、岩佐昌美、原田武志、中村信元、三木浩和、遠藤逸朗、田中栄二、松本俊夫、安倍正博
  • 学会等名: 第36回骨代謝学会学術集会
• [学会発表] カルシウム感知受容体活性型変異マウスにおける骨強度の低下 (2018)
  • 著者名/発表者名: 遠藤逸朗、大西幸代、倉橋清衛、寺町順平、日浅雅博、天真寛文、福本誠二、安倍正博、松本俊夫
  • 学会等名: 第36回骨代謝学会学術集会
• [学会発表] カテプシンK阻害による多発性骨髄腫骨病変部の骨量回復プロセスにおける骨細胞の 役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 天真寛文、寺町順平、日浅雅博、谷本幸多郎、Mohannad Ashtar、Ariunzaya Baterdene、岩佐昌美、原田武志、中村信元、三木浩和、遠藤逸朗、田中栄二、松本俊夫、安倍正博
  • 学会等名: 第36回骨代謝学会学術集会
• [学会発表] Impact of denervation-induced paralysis and mechanical unloading on tumor expansion in myeloma (2018)
  • 著者名/発表者名: 谷本幸多朗、日浅雅博、天真寛文、寺町順平、Mohannad Ashter、Ariunzaya Baterdene、岩佐昌美、原田武志、中村信元、三木浩和、遠藤逸朗、田中栄二、松本俊夫、安倍正博
  • 学会等名: 第80回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Roles of ROS in induction of bone disease and cancer treatment-induced bone loss in myeloma (2018)
  • 著者名/発表者名: Mohannad Ashtar、天真寛文、寺町順平、日浅雅博、小田明日香、谷本幸多朗、Ariunzaya BatErdene、岩佐昌美、曾我部公子、大浦雅弘、藤井志朗、賀川久美子、原田武志、中村信元、三木浩和、遠藤逸朗、田中栄二、松本俊夫、安倍正博
  • 学会等名: 第80回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Inverse regulation of c-FLIP-mediated survival in myeloma cells and osteoclasts by TRAIL (2018)
  • 著者名/発表者名: 天真寛文、寺町順平、日浅雅博、小田明日香、谷本幸多朗、Mohannad Ashtar、Ariunzaya BatErdene、岩佐昌美、曾我部公子、大浦雅弘、藤井志朗、賀川久美子、原田武志、中村信元、三木浩和、遠藤逸朗、田中栄二、松本俊夫、安倍正博
  • 学会等名: 第80回日本血液学会学術集会
• [学会発表] IFN-gamma and ATRA cooperatively upregulates CD38 in myeloma cells: critical contribution of IRF1 and HDAC6. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ariunzaya Bat-Erdene, Takeshi Harada, Masami Iwasa, Asuka Oda, Shiro Fujii, Kimiko Sogabe, Shingen Nakamura, Jumpei Teramachi, Masahiro Hiasa, Hirofumi Tenshin, Mohannad Ashtar, Koutarou Tanimoto, Hirokazu Miki, Mamiko Takahashi, Masahiro Oura, Kumiko Kagawa, Masahiro Abe
  • 学会等名: 第80回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Bone anabolic effects of cathepsin K inhibition in myeloma; a role of osteocytes (2018)
  • 著者名/発表者名: 日浅雅博、寺町順平、天真寛文、谷本幸多郎、Mohannad Ashtar、Ariunzaya Baterdene、岩佐昌美、原田武志、中村信元、三木浩和、遠藤逸朗、田中栄二、松本俊夫、安倍正博
  • 学会等名: 第80回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Opposite effects of TRAIL on the Sp1-c-FLIP survival pathway in myeloma cells and osteoclasts. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirofumi Tenshin, Jumpei Teramachi, Masahiro Hiasa, Asuka Oda, Mohannad Ashtar, Kotaro Tanimoto, Iwasa Masami, Ariunzaya Bat-Erdene, Takeshi Harada, Shingen Nakamura, Hirokazu Miki, Itsuro Endo, Eiji Tanaka, Toshio Matsumoto, Masahiro Abe
  • 学会等名: ASBMR 2018 Annual meeting
• [学会発表] Disruption of a progressive vicious cycle between myeloma tumor growth and bone destruction by TAK1 inhibition (2018)
  • 著者名/発表者名: Jumpei Teramachi, Hirofumi Tenshin, Masahiro Hiasa, Asuka Oda, Ariunzaya Bat-Erdene, Takeshi Harada, Shingen Nakamura, Hirokazu Miki, Itsuro Endo, Toshio Matsumoto and Masahiro Abe
  • 学会等名: ASBMR 2018 Annual meeting