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2018 年度 実施状況報告書

Runx2による骨におけるI型コラーゲン遺伝子発現制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 18K19654
研究機関長崎大学

研究代表者

小守 壽文  長崎大学, 医歯薬学総合研究科(歯学系), 教授 (00252677)

研究期間 (年度) 2018-06-29 – 2020-03-31
キーワードRunx2 / I型コラーゲン / 骨芽細胞
研究実績の概要

I型コラーゲンは、骨の有機基質の90%以上を占める主要なタンパク質であり、2本のα1鎖と1本のα2鎖が3重コイルをつくる。α1鎖はCol1a1遺伝子、α2鎖はCol1a2遺伝子によってコードされている。Col1a1遺伝子では、転写開始点上流2.3 kbが骨芽細胞でのCol1a1発現制御領域であることが明らかにされている。我々は、GFPとCreの融合タンパク質を発現する、2.3 kb Col1a1 プロモーターGFP-Creトランスジェニック(tg)マウスを独自に作製した。このマウスを野生型マウスと交配すると、3段階の発現レベルのtgマウスが得られた。さらに、これらのtgマウスをRunx2fl/flマウスと交配し、Runx2fl/flCreマウスを作製すると、tgマウスの発現レベルに応じて、軽度及び強度の骨量及びCol1a1 mRNAの減少が認められた。しかし、高発現GFP-Creが挿入されたRunx2fl/flCreマウスのGFP-Creの発現レベルは低値であった。これは、Runx2欠失によりCol1a1プロモーター活性が低下、GFP-Cre発現低下につながったと考えられた。すなわち、Runx2により、2.3 kb Col1a1プロモーター活性が制御される可能性が強く示唆された。tgマウスのトランスジーンの挿入部位は14番染色体で1カ所であったが、多コピーが挿入されており、欠失が起こることにより、1系統のマウスから発現レベルの異なる3系統のマウスが出現したことがわかった。交配を続けることにより発現レベルの高い安定したGFP-Cre発現を示すtgマウスの系統を樹立することができた。2.3 kb Col1a1 プロモーターを順次欠失させたレポーターアッセイで、Runx2による発現増強に必要な領域を特定した。

現在までの達成度 (区分)
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

2.3 kb Col1a1 プロモーターGFP-Creマウスの全ゲノム塩基配列を決定、トランスジーンの挿入部位を決定したが、挿入部位は14番染色体の1カ所であった。したがって、全ゲノム塩基配列からでは、1系統のマウスから発現レベルの異なる3系統のマウスが出現した理由を解明することはできなかった。そこで、絶対定量PCRを行い、トランスジーンの各領域のコピー数を定量した。3系統のマウス間で、トランスジーンの各領域のコピー数が異なり、染色体上で欠失が起こり、発現レベルの差を生じていることが明らかとなった。Runx2抗体を用いたChIPシークエンスで、2.3 kb Col1a1プロモーター領域でRunx2が結合する配列を網羅した。次にこのうち3箇所の配列に変異を導入したDNA断片を作成、CRISPR/Cas9システムでゲノムDNAと組み替え、変異を導入したマウスを作製した。しかし、ヘテロ変異でもCol1a1発現は低下せず、ホモ変異では胎生早期に致死となった。解析の結果、これはランダムインテグレーションによって変異DNAが挿入され、挿入部位の遺伝子を破壊に起因する表現型であることがわかった。そこで、in vitroのレポーターアッセイでRunx2による転写活性化に必要な部位を特定してから、マウスに変異を導入することにした。2.3 kb Col1a1 プロモーターを順次欠失させたレポーターアッセイで、Runx2による発現増強に必要な領域を特定した。

今後の研究の推進方策

変異を入れた1kb程度のDNAをゲノムDNAと置換させるのは、CRISPR/Cas9システムでも効率が低かった。そのため、すべての変異をin vivoで導入して、最終的にRunx2による活性化に必要な配列を同定するのは効率が悪いことがわかった。そこで、レポーターアッセイを工夫した結果、C2C12細胞を用いてレポーター活性を検出できることがわかった。そのため、レポーターアッセイで変異を入れる配列を選定したのちに、in vivoで変異DNAとゲノムDNAを置換させることにした。2.3 kb Col1a1 プロモーターを順次欠失させたレポーターアッセイで、Runx2による発現増強に必要な領域を特定した。このRunx2による発現増強に必要な領域をカバーする3種類のオリゴを作製、EMSAを行い、Runx2が結合するか検討し、結合するオリゴに変異を導入することにより最終的にRunx2結合配列を決定する。さらに、変異を導入したレポーターアッセイも行いRunx2による転写活性化に必要な配列を決定する。決定した配列に変異を導入したDNAを合成、その両端のガイドRNAを作製、CRISPR/Cas9のシステムで、変異を導入したDNAをゲノムDNAと置換する。この方法により、効率良くin vivoでRunx2による転写活性化を証明する。

次年度使用額が生じた理由

in vivoでRunx2による転写活性化に関与する候補配列に変異を導入することにより、Runx2による転写活性化を証明する当初計画であったが、効率が悪いため、in vitroのレポーターアッセイで候補配列を絞り込んでから、in vivoでRunx2による転写活性化を証明することにした。そのため、30年度に必要であった変異マウス作成のためのマウスの購入費、維持費及び変異マウスの解析費が31年度に必要になった。31年度に持ち越した研究費は、変異マウス作成のためのマウスの購入費、維持費及び変異マウスの解析費にあてる。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Runx2 regulates cranial suture closure by inducing hedgehog, Fgf, Wnt and Pthlh signaling pathway gene expressions in suture mesenchymal cells2019

    • 著者名/発表者名
      Qin Xin、Jiang Qing、Miyazaki Toshihiro、Komori Toshihisa
    • 雑誌名

      Human Molecular Genetics

      巻: 28 ページ: 896~911

    • DOI

      https://doi.org/10.1093/hmg/ddy386

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sphenoid bone hypoplasia is a skeletal phenotype of cleidocranial dysplasia in a mouse model and patients2019

    • 著者名/発表者名
      Mitomo Keisuke、Matsunaga Satoru、Kitamura Kei、Nakamura Takashi、Saito Akiko、Komori Toshihisa、Muramatsu Takashi、Yamaguchi Akira
    • 雑誌名

      Bone

      巻: 120 ページ: 176~186

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.bone.2018.10.028

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Loss of Stemness, EMT, and Supernumerary Tooth Formation in Cebpb?/?Runx2+/? Murine Incisors2018

    • 著者名/発表者名
      Saito Kazuyuki、Takahashi Katsu、Huang Boyen、Asahara Masakazu、Kiso Honoka、Togo Yumiko、Tsukamoto Hiroko、Mishima Sayaka、Nagata Masaki、Iida Machiko、Tokita Yoshihito、Asai Masato、Shimizu Akira、Komori Toshihisa、Harada Hidemitsu、MacDougall Mary、Sugai Manabu、Bessho Kazuhisa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 5169

    • DOI

      10.1038/s41598-018-23515-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Collapsin Response Mediator Protein 1, a Novel Marker Protein for Differentiated Odontoblasts2018

    • 著者名/発表者名
      Miyazaki Toshihiro、T. Baba Tomomi、Mori Masako、Komori Toshihisa
    • 雑誌名

      ACTA HISTOCHEMICA ET CYTOCHEMICA

      巻: 51 ページ: 185~190

    • DOI

      https://doi.org/10.1267/ahc.18030

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Runx2 is required for the proliferation of osteoblast progenitors and induces proliferation by regulating Fgfr2 and Fgfr32018

    • 著者名/発表者名
      Kawane Tetsuya、Qin Xin、Jiang Qing、Miyazaki Toshihiro、Komori Hisato、Yoshida Carolina Andrea、Matsuura-Kawata Viviane Keiko dos Santos、Sakane Chiharu、Matsuo Yuki、Nagai Kazuhiro、Maeno Takafumi、Date Yuki、Nishimura Riko、Komori Toshihisa
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 13551

    • DOI

      https://doi.org/10.1038/s41598-018-31853-0

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Runx2, an inducer of osteoblast and chondrocyte differentiation2018

    • 著者名/発表者名
      Komori Toshihisa
    • 雑誌名

      Histochemistry and Cell Biology

      巻: 149 ページ: 313~323

    • DOI

      https://doi.org/10.1007/s00418-018-1640-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Runx2による骨格形成制御機構2019

    • 著者名/発表者名
      小守 壽文
    • 学会等名
      第124回日本日本解剖学会全国学術集会
    • 招待講演
  • [学会発表] Runx2による骨芽細胞分化・増殖の制御機構2018

    • 著者名/発表者名
      小守 壽文
    • 学会等名
      第36回日本骨代謝学会学術集会
  • [学会発表] オステオカルシンはアパタイト結晶のコラーゲン線維に沿った配向に必須であり、長軸方向の骨強度を維持する2018

    • 著者名/発表者名
      森石武史,小笹良輔,中野貴由,宮崎敏博,小守壽文
    • 学会等名
      第36回日本骨代謝学会学術集会
  • [学会発表] Runx2は骨芽細胞分化後の骨基質蛋白質遺伝子発現に必要である2018

    • 著者名/発表者名
      姜晴,秦昕,宮崎敏博,福山亮,小守寿人,森石武史,伊藤公成,小守壽文
    • 学会等名
      第36回日本骨代謝学会学術集会
  • [学会発表] Runx2による頭蓋冠形成制御機構2018

    • 著者名/発表者名
      秦昕,姜晴,宮崎敏博,森石武史,小守寿人,小守壽文
    • 学会等名
      第36回日本骨代謝学会学術集会
  • [学会発表] 骨形成におけるゴルジ体キナーゼFam20Cの役割2018

    • 著者名/発表者名
      廣瀬勝俊,宇佐美悠,佐藤淳,大家香織,小守壽文,豊澤悟
    • 学会等名
      第36回日本骨代謝学会学術集会

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公開日: 2019-12-27  

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