骨細胞を介したオステオネットワークによる顎関節力学的負荷応答性メカニズムの解明

2018 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 17K17315
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 門田 千穂 東京医科歯科大学, 歯学部附属病院, 特任助教 (30736658)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 顎関節 / 骨細胞

研究実績の概要

顎関節における力学的負荷の影響については、下顎頭の成長を促進する場合と下顎頭・関節窩の吸収や変形を呈する場合があり、時間空間的に異なる条件下では、相反した変化を示す事が示唆されている。顎関節の力学的負荷応答性メカニズムに関する報告が散見されるが、細胞の動態およびシグナル伝達については不明な点が多く、未だ顎関節において力学的負荷がどのような影響を与えるか予測する事は困難である。よって顎関節への力学的負荷を感知すると考えられる軟骨細胞もしくは骨細胞が顎関節、特に下顎頭においてどのような機能を持つか明らかにし、治療に反映されうる知見を見出す事が必要と考えられる。本研究では、力学的負荷が顎関節おける骨細胞および周囲のオステオネットワークに与える影響について分子生物学的観点から解明する事を目的とする。今年度は顎関節に力学的負荷を与え、顎関節の成長および変形を引き起こす動物モデルを用い、細胞間コミュニケーションの解析を行った。我々は、咬合挙上ならびに卵巣摘出を同時に行い、新たな下顎頭変形モデルマウスを作成した。モデルマウスは、下顎頭軟骨層が菲薄化し、変形性関節炎（OA）スコアは高い値を示した。マイクロCT解析では、軟骨下骨組織における骨量の減少を示し、下顎頭における退行性の変化が認められた。TRAP染色では破骨細胞分化の増加を認めた。また、下顎頭変形の表現型に関わる遺伝子群の検索のため、マイクロアレイを行い、パスウェイ解析（KEGG pathway）を行ったところ、炎症性反応ならびに破骨細胞形成の亢進が認められた。さらに、ERKシグナルの亢進を示唆する所見も得られ、本研究結果を海外学術雑誌ならびに各種学会に発表した。

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

本年度は、昨年度作成した下顎頭変形モデルの表現型解析の継続と、細胞間シグナル伝達の検討を行った。リアルタイムPCRから炎症性サイトカイン（Il-1α, Il-1β, Tnf-αならびにIl-6）の遺伝子発現レベルは高値であり、モデルマウスは炎症性のOAを呈する事が明らかとなった。さらに、蛍光免疫染色にて、エストロゲン受容体αおよびERKの発現が増加していた。以上の結果から、力学的負荷とエストロゲン欠乏状態はエストロゲン受容体αの発現を増加させ、その下流であるERKシグナルを亢進することで破骨細胞形成が促進され、下顎頭軟骨下骨梁の減少および軟骨層の菲薄化に寄与するのではないかと推察された。下顎頭変形モデルの実験系成立の確認がなされたため、下顎頭から抽出したRNAを用いて骨代謝関連遺伝子の発現レベルについてリアルタイムPCRを行ったところ、SOST, Wnt5a, Ctnnb1の発現に変動が見られた。この事から、モデルマウスの下顎頭において骨細胞を介した骨代謝関連因子が力学的負荷ならびにホルモン量の変化によって変動し、表現型に関与した事が示唆される。本年度は、昨年度までに作成したモデルマウスの解析を行い、研究結果を国際学術誌であるArchives of Oral Biologyに発表する事ができた。

今後の研究の推進方策

下顎頭変形モデルにおける表現型解析および関連するオステオネットワークの解析は順調に進んでいるため、本研究のもう一つのターゲットである成長期モデルの確立ならびにin vitroの実験系確立が必要であり、3～6週齢のマウスを使用し予備実験を行っている。マイクロCT、組織化学的解析（トルイジンブルー染色、TRAP染色）や免疫組織学的解析を行い、表現型解析を進める予定である。また、in vitroの実験系においては、下顎頭変形マウス・成長期マウス下顎頭から初代培養細胞骨細胞の採取を試みるが、組織体積が非常に小さいため採取が困難な場合は、骨細胞様株であるMLO-Y4を使用することも検討する。初代経代培養細胞ならびにMLO-Y4を細胞ストレッチシステムに播種し、力学的負荷の影響を検討する。シリコンエラストマー製の特殊シリコン膜を使用したチャンバーに骨細胞を播種し、細胞に伸展力（伸展率最大20％）を与えて培養する方法を採用する。さらには、網羅的に力学的負荷の影響を検討するため、骨細胞だけでなく軟骨細胞に着目し、前述の細胞ストレッチシステムで軟骨細胞を培養し、軟骨細胞の機能の探索も進める。下顎頭の退行性変化ならびに成長の過程において骨細胞および周囲の細胞がどのようにコミュニケーションを図り、機能しているかを分子生物学的な観点で検討する。また、可能な限り矯正歯科における成長期症例ならびに成人下顎頭変形症例の臨床情報ならびにマテリアルも採得し、実験基礎的データに結びつく知見を得る事も考えている。

次年度使用額が生じた理由

これまで所有していた実験材料を用いたこともあり、一部の予算を執行せずに研究を進める事ができた。今後は当初の計画通りに3年目の研究費を使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Combination of estrogen deficiency and excessive mechanical stress aggravates temporomandibular joint osteoarthritis in vivo. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wu Y, Kadota-Watanabe C, Ogawa T, Moriyama K.
  • 雑誌名: Archives of oral biology 巻: 102 ページ: 39-46
  • DOI: 10.1016/j.archoralbio.2019.03.012.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear import of transcriptional corepressor BCOR occurs through interaction with karyopherin α expressed in human periodontal ligament. (2018)
  • 著者名/発表者名: Myat AB, Ogawa T, Kadota-Watanabe C, Moriyama K.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 507 ページ: 67-73
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.10.158.
  • 査読あり
• [雑誌論文] 上下顎移動術を施行した顔面非対称を伴う顎変形症患者の鼻形態に対する三次元解析. (2018)
  • 著者名/発表者名: 秋山 咲子, 東堀 紀尚, 疋田 理奈, 伊藤 洋介, 門田 千穂, 高橋 由記, 松本 力, 森山 啓司.
  • 雑誌名: 日本顎変形症学会雑誌 巻: 28 ページ: 259-268
  • DOI: https://doi.org/10.5927/jjjd.28.259
  • 査読あり
• [学会発表] 骨格性下顎後退症患者の側貌軟組織変化: 下顎骨前方移動術と上顎前歯部歯槽骨切り術との比較. (2018)
  • 著者名/発表者名: 木下理恵、東堀紀尚、門田千穂、高橋由記、秋山咲子、伊藤洋介、森山啓司.
  • 学会等名: 第28回日本顎変形症学会.
• [学会発表] 顔面非対称を伴う骨格性下顎前突症の中期的術後変化について―下顎枝矢状分割術単独と上下顎移動術の比較. (2018)
  • 著者名/発表者名: 門田千穂、東堀紀尚、疋田理奈、秋山咲子、木下理恵、林エンテイ、高橋由記、伊藤洋介、森山啓司.
  • 学会等名: 第28回日本顎変形症学会.
• [学会発表] Combination of estrogen deficiency and excessive mechanical stress exacerbates TMJ-OA in mice. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yu Yun Wu, Chiho Kadota-Watanabe, Takuya Ogawa, Keiji Moriyama.
  • 学会等名: 第77回日本矯正歯科学会学術大会.
• [学会発表] Nuclear-Cytoplasmic transportation of BCOR through interaction with KPNAs. (2018)
  • 著者名/発表者名: Aung Bhone Myat, Takuya Ogawa, Chiho Kadota-Watanabe, Keiji Moriyama.
  • 学会等名: 第77回日本矯正歯科学会学術大会.
• [学会発表] 骨格性下顎前突症例における手術前後の舌体積、口腔容積変化の観察－シリコン印象法を用いた検討－. (2018)
  • 著者名/発表者名: 寺本アイリ、松本 力、門田千穂、東堀紀尚、鈴木聖一、大林尚人、倉林 亨、森山啓司.
  • 学会等名: 第77回日本矯正歯科学会学術大会.