骨形成不全症に対する骨カップリングを標的とした新規治療薬の開発

2020 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 18K15708
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 大幡 泰久 大阪大学, 医学系研究科, 助教 (20805460)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 骨形成不全症

研究実績の概要

骨形成不全症(OI)は主にI型コラーゲンの異常により骨脆弱性を呈する先天性骨系統疾患である。通常骨は破骨細胞による骨吸収と骨芽細胞による骨形成からなる骨カップリングが正常に起こることで骨強度が維持されているがOIではこの骨カップリングに異常があり、破骨細胞による骨吸収が亢進し、病態を増悪していることが知られている。本研究では骨カップリング異常を標的としたOIに対する新規治療の開発を目的とする。OIにおける骨カップリング異常の原因を明らかにするため骨形成不全症モデルマウスのoimマウスより骨髄を採取し、骨芽細胞分化を行った。骨芽細胞分化をRUNX2、ALP、OB-Cadherin、SP7などのマーカー分子が蛋白レベルで発現していることをWestern Blottingで確認した。この骨髄由来骨芽細胞分化条件で破骨細胞誘導性のどのような分子の発現が病態モデルマウスで亢進しているかを確認するためRNAseqを用いて確認したところ、これまでに破骨細胞分化促進機能が報告されているfactor Xの発現が有意に増加していることが明らかとなった。この結果を確認するためサンプル数を増加させReal-time PCRでｍRNAの発現量を解析したがやはり病態を発症するhomozygousマウスで有意に発現量が増加していた。この発現増加の機構を探索するため上記RNAseqの解析を行ったところ、上記factor Xの発現制御に関わるシグナル伝達を担うfactor Yの発現も増加していることが確認された。
本マウスにおける破骨細胞の機能を確認するため、骨髄由来破骨細胞初代培養を試み、M-CSFとRANKLを用いて破骨細胞分化を行うことに成功し、破骨細胞マーカーとして知られるNFATc1、Cathepsin Kの発現を蛋白レベルでWestern Blottingにより確認できた。

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

本研究において破骨細胞機能の亢進の原因を解明することが、骨カップリング異常を標的とした新規治療法の開発には必要であるが、上記概要に示したように、破骨細胞分化誘導機能が知られているfactor Xが病態モデルマウスで有意に亢進していることを明らかとした。また今回同定されたfactor Xがなぜ発現亢進しているかについても、シグナル伝達経路の一部を担うfactor Yが亢進していることも見出した。これらの病態が明らかになることで、新規治療法の標的を明らかにすることができたため進捗状況はおおむね順調に進展していることとした。

今後の研究の推進方策

これまでに見いだされた結果を踏まえて、上記factor Xの上昇が、病態モデルマウスの血中濃度や骨芽細胞初代培養における培養液中でも見られるかELISAを用いて明らかにする。またfactor　Yの発現上昇についてもサンプル数を増加し、Real-time PCRによりその発現上昇を確認する。これらの解析でこれまでに見いだされた治験の確からしさを確認したうえで、上記シグナル伝達を抑制する薬剤の、本病態に及ぼす影響を、上記の破骨細胞初代培養の実験で確認する。

次年度使用額が生じた理由

骨形成不全症モデルマウスの繁殖は実験遂行のため必要であるため、次年度に使用する。また分子生物学的実験も遂行する必要があり、こちらも次年度に使用する。

研究成果

• [雑誌論文] 4-Phenylbutyric acid enhances the mineralization of osteogenesis imperfecta iPSC-derived osteoblasts (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeyari Shinji、Kubota Takuo、Ohata Yasuhisa、Fujiwara Makoto、Kitaoka Taichi、Taga Yuki、Mizuno Kazunori、Ozono Keiichi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 296 ページ: 100027～100027
  • DOI: 10.1074/jbc.RA120.014709
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phenotypes of a family with XLH with a novel PHEX mutation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Akiko、Nakamura Toshiro、Ohata Yasuhisa、Kubota Takuo、Ozono Keiichi
  • 雑誌名: Human Genome Variation 巻: 7 ページ: 8
  • DOI: 10.1038/s41439-020-0095-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Complete oculocerebrorenal phenotype of Lowe syndrome in a female patient with half reduction of inositol polyphosphate 5-phosphatase (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Katsusuke、Hasegawa Yasuhiro、Ohata Yasuhisa、Satomura Kenichi、Mizoguchi Yoshimi、Shimotsuji Tsunesuke、Yamamoto Takehisa
  • 雑誌名: CEN Case Reports 巻: 9 ページ: 95～100
  • DOI: 10.1007/s13730-019-00434-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Potential pathological role of single nucleotide polymorphism (c.787T>C) in <i>alkaline phosphatase (ALPL)</i> for the phenotypes of hypophosphatasia (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda Nozomi、Takasawa Kei、Ohata Yasuhisa、Takishima Shigeru、Kubota Takuo、Ishihara Yasuki、Fujiwara Makoto、Ogawa Erika、Morio Tomohiro、Kashimada Kenichi、Ozono Keiichi
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 67 ページ: 1227～1232
  • DOI: 10.1507/endocrj.EJ20-0203
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Osteoclast-derived IGF1 is required for pagetic lesion formation in vivo (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyagawa Kazuaki、Ohata Yasuhisa、Delgado-Calle Jesus、Teramachi Jumpei、Zhou Hua、Dempster David D.、Subler Mark A.、Windle Jolene J.、Chirgwin John M.、Roodman G. David、Kurihara Noriyoshi
  • 雑誌名: JCI Insight 巻: 5 ページ: e133113
  • DOI: 10.1172/jci.insight.133113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Effect of Asfotase Alfa on Muscle Weakness in a Japanese Adult Patient of Hypophosphatasia with Low ALP Levels (2020)
  • 著者名/発表者名: Koyama Hiroyuki、Yasuda Satoshi、Kakoi Shota、Ohata Yasuhisa、Shimizu Yuki、Hasegawa Chie、Hayakawa Akiko、Akiyama Tomoyuki、Yagi Takashi、Aotani Daisuke、Imaeda Kenro、Ozono Keiichi、Kataoka Hiromi、Tanaka Tomohiro
  • 雑誌名: Internal Medicine 巻: 59 ページ: 811～815
  • DOI: 10.2169/internalmedicine.3298-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Parental somatogonadal COL2A1 mosaicism contributes to intrafamilial recurrence in a family with type 2 collagenopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kenichi、Kubota Takuo、Takeyari Shinji、Kitaoka Taichi、Miyata Kei、Nakano Yukako、Nakayama Hirofumi、Ohata Yasuhisa、Yanagi Kumiko、Kaname Tadashi、Okada Yukinori、Ozono Keiichi
  • 雑誌名: American Journal of Medical Genetics Part A 巻: 182 ページ: 454～460
  • DOI: 10.1002/ajmg.a.61422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clinical Practice Guidelines for Achondroplasia* (2020)
  • 著者名/発表者名: Kubota Takuo、Adachi Masanori、Kitaoka Taichi、Hasegawa Kosei、Ohata Yasuhisa、Fujiwara Makoto、Michigami Toshimi、Mochizuki Hiroshi、Ozono Keiichi
  • 雑誌名: Clinical Pediatric Endocrinology 巻: 29 ページ: 25～42
  • DOI: 10.1297/cpe.29.25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Clinical Practice Guidelines for Hypophosphatasia* (2020)
  • 著者名/発表者名: Michigami Toshimi、Ohata Yasuhisa、Fujiwara Makoto、Mochizuki Hiroshi、Adachi Masanori、Kitaoka Taichi、Kubota Takuo、Sawai Hideaki、Namba Noriyuki、Hasegawa Kosei、Fujiwara Ikuma、Ozono Keiichi
  • 雑誌名: Clinical Pediatric Endocrinology 巻: 29 ページ: 9～24
  • DOI: 10.1297/cpe.29.9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Report of five cases, review of the literature, and comparison with H19/IGF2:IG-DMR epimutations (2020)
  • 著者名/発表者名: Masunaga Yohei、Inoue Takanobu、Yamoto Kaori、Fujisawa Yasuko、Sato Yasuhiro、Kawashima-Sonoyama Yuki、Morisada Naoya、Iijima Kazumoto、Ohata Yasuhisa、Namba Noriyuki、Suzumura Hiroshi、Kuribayashi Ryota、Yamaguchi Yu、Yoshihashi Hiroshi、Fukami Maki、Saitsu Hirotomo、Kagami Masayo、Ogata Tsutomu
  • 雑誌名: The Journal of Clinical Endocrinology & Metabolism 巻: 105 ページ: 1～10
  • DOI: 10.1210/clinem/dgz034
  • 査読あり
• [学会発表] 長期管理中のStAR異常による46,XX先天性リポイド副腎過形成症の一例 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大幡泰久、山本賢一、中野由佳子、石見壮史、武鑓真司、山田知絵子、藤原誠、北岡太一、三善陽子、窪田拓生、大薗恵一
  • 学会等名: 日本ステロイドホルモン学会
• [学会発表] Pathogenic Variants of GNAS Gene Generating Abnormal Amino Acid Sequences in the β6 Strand / α5 Helix of Gsα in 2 Unrelated Japanese Patients with Pseudohypoparathyroidism 1A / Pseudopseudohypoparathyroidism (2020)
  • 著者名/発表者名: Yasuhisa Ohata, Haruna Kakimoto, Yasuki Ishihara, Makoto Fujiwara, Shinji Takeyari, Taichi Kitaoka, Hirofumi Nakayama, Yukako Nakano, Kenichi Yamamoto, Chieko Yamada, Takeshi Ishimi, Takuo Kubota, Keiichi Ozono
  • 学会等名: American society for bone mineral research annual meeting
• [学会発表] Gsαタンパクのβ6 strand /α5 helix部位に異常なアミノ酸配列が付加されるGNAS遺伝子新規変異は偽性副甲状腺機能低下症/偽性偽性副甲状腺機能低下症の原因となりうる-非血縁2家系症例の検討 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大幡泰久、藤原誠、石原康貴、窪田拓生、北岡太一、中山尋文、武鑓真司、山本賢一、中野由佳子、大薗恵一
  • 学会等名: 日本骨代謝学会