Pericyteとメカニカルストレス関連因子に基づく象牙芽細胞の運命制御

2022 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 22K17025
• 研究機関: 東京歯科大学
• 研究代表者: 黄地 健仁 東京歯科大学, 歯学部, 助教 (30803564)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: 象牙芽細胞 / Pericyte / 小胞体ストレス / 機械感受性イオンチャネル

研究実績の概要

歯髄最外層の象牙芽細胞は、象牙質形成を駆動するとともに、外部刺激を受容する特徴を持つ。我々は機械感受性イオンチャネルPiezo1が象牙芽細胞の機能に重要な役割を担う分子であると報告した（Matsunaga et al., 2021; Ohyama et al., 2022）。象牙細管は周囲を象牙質に、表面をエナメル質に被覆されているが、う蝕や象牙質の摩耗で象牙細管が露出した場合は象牙細管内の静水圧変化を通じて痛みを感知する。このように、象牙芽細胞は象牙質形成細胞と感覚受容細胞としての両方の能力を持ち、周囲の環境により制御されているが、それぞれの機能発揮に携わる環境因子や遺伝子制御、細胞シグナル制御、機能担当のスイッチ機構は不明であった。
近年、象牙芽細胞周辺に位置するPericyteと歯髄血管網が構築する微小環境の存在が報告された（Khatibi Shahidi et al., 2015）。また歯髄は創傷治癒過程で低酸素など様々なストレスにさらされ、小胞体機能低下による小胞体ストレスを生じることが想定される。そこで本研究では、生理的・病理的な歯髄環境での象牙芽細胞とPericyteの特異的分子発現パターンを明らかにする。機械刺激応答と小胞体ストレス応答との連関を評価し、Pericyteから象牙芽細胞への分化と機能調節の詳細を明らかにする事を目的とした。
歯髄に存在する異なる細胞集団が構成する微小環境とその遺伝子制御およびシグナル制御機構を検討する事で、新規治療の確立に向けた基礎研究を展開する。

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

ジフテリア毒素による誘導性の象牙芽細胞死滅モデル遺伝子改変マウスとタモキシフェン誘導性Creによる細胞系譜解析法を用い、象牙芽細胞およびPericyteマーカーの細胞抗原を免疫染色により解析した。また小胞体ストレス応答分子であるATF6、IRE1、およびPERKの発現を解析した。遺伝子改変マウスを用いた実験で、象牙芽細胞の死滅後に歯髄の細胞稠密層にPericyteマーカーであるNG2と機械感受性イオンチャネルPiezo1を発現する細胞が集積局在することが明らかになった。小胞体ストレス応答分子のうち、ATF6は恒常的に象牙芽細胞に発現を認め、一方IRE1とPERKは発現に乏しかった。象牙芽細胞の死滅後は細胞稠密層の歯髄細胞でATF6、IRE1の両方の発現を認めたが、PERKの発現上昇は認めなかった。Piezo1陽性象牙芽細胞は、Pericyteならびに歯髄間質細胞が発生起源である可能性が示唆された。さらに、ATF6が象牙芽細胞で小胞体ストレスセンサーとして機能し、象牙芽細胞枯渇環境ではATF6とIRE1が歯髄細胞から象牙芽細胞への分化制御因子である可能性が示唆された。

今後の研究の推進方策

本研究でこれまでに明らかにしてきた小胞体ストレス応答分子のうちATF6に着目し、象牙芽細胞の運命調節を明らかにする。Pericyteの細胞系譜解析実験でPiezo1ないしはATF6を抑制し、Pericyteの象牙芽細胞分化とその機能特性を解析する。具体的には、ミネラル分化実験により石灰化能をAlizarin Red染色およびvon Kossa染色で評価する。また各種ミネラルマーカーを用いたRT-qPCRを実施する。さらに、生体外でシングルセルレベルでガラス管を用いて細胞に直接機械刺激を実施し、機械刺激に対する応答を解析・評価する。

次年度使用額が生じた理由

使用動物に関して、交配繁殖により一部購入を回避でき、節約することができたため、未使用額が発生した。使用額を的確に把握し、組織切片作製等の必要な他実験に費用を当てる予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Editorial: Stem cells in oral cavity: from development to regeneration, Volume II (2023)
  • 著者名/発表者名: Ouchi Takehito、Orsini Giovanna、Kajiya Mikihito、George Anne
  • 雑誌名: Frontiers in Cell and Developmental Biology 巻: 11 ページ: -
  • DOI: 10.3389/fcell.2023.1207744
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dissecting Calvarial Bones and Sutures at Single-cell Resolution (2023)
  • 著者名/発表者名: Bo Li, Jingya Li, Yi Fan, Zhihe Zhao, Longjiang Li, Hideyuki Okano and Takehito Ouchi
  • 雑誌名: Biological Reviews 巻: － ページ: －
  • DOI: 10.1111/brv.12975
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Piezo1-pannexin-1-P2X3 axis in odontoblasts and neurons mediates sensory transduction in dentinal sensitivity (2022)
  • 著者名/発表者名: Sadao Ohyama, Takehito Ouchi, Maki Kimura, Ryuya Kurashima, Keiko Yasumatsu, Daisuke Nishida, Suzuro Hitomi, Sobhan Ubaidus, Hidetaka Kuroda, Shinichirou Ito, Masayuki Takano, Kentaro Ono, Toshihide Mizoguchi, Akira Katakura and Yoshiyuki Shibukawa
  • 雑誌名: Frontiers in Physiology 巻: 13 ページ: 891759
  • DOI: 10.3389/fphys.2022.891759
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gαs-Coupled CGRP Receptor Signaling Axis from the Trigeminal Ganglion Neuron to Odontoblast Negatively Regulates Dentin Mineralization (2022)
  • 著者名/発表者名: Natsuki Saito, Maki Kimura, Takehito Ouchi, Tatsuya Ichinohe and Yoshiyuki Shibukawa
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 12(12) ページ: 1747
  • DOI: 10.3390/biom12121747
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mesenchymal Stem/Stromal Cell Senescence: Hallmarks, Mechanisms, and Combating Strategies (2022)
  • 著者名/発表者名: Zhijie Weng, Yigan Wang, Takehito Ouchi, Hanghang Liu, Xianghe Qiao, Chenzhou Wu, Zhihe Zhao, Longjiang Li, Bo Li
  • 雑誌名: Stem Cells Translational Medicine 巻: 11(4) ページ: 356-371
  • DOI: 10.1093/stcltm/szac004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Piezo1陽性象牙芽細胞の発生起源と小胞体ストレス制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁，倉島竜哉，木村麻記，澁川義幸
  • 学会等名: 第77回 NPO法人 日本口腔科学会学術集会
• [学会発表] 象牙芽細胞の細胞内cAMP増加は2APB、Gd3+、Zn2+感受性Ca2+流入を誘発する (2023)
  • 著者名/発表者名: 木村麻記，黄地健仁，倉島竜哉，澁川義幸
  • 学会等名: 第77回 NPO法人 日本口腔科学会学術集会
• [学会発表] Mineralization-Promoting Ability of Hexaraphane in Human Odontoblasts (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshiaki Furusawa, Maki Kimura, Isao Okunishi, Takehito Ouchi, Tomoe Kato-Yamada, Ryuya Kurashima, Makoto Sugita, Yoshiyuki Shibukawa, Masahiro Furusawa
  • 学会等名: the 2023 AADOCR/CADR Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Expression of mechanosensitive ion channels in mesencephalic trigeminal nucleus neurons (2023)
  • 著者名/発表者名: Seijin Kwon, Takehito Ouchi, Maki Kimura, Shiro Nakamura, Tomio Inoue, Yoshiyuki Shibukawa, Tatsuya Ichinohe
  • 学会等名: the 2023 AADOCR/CADR Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Cyclic-AMP signaling activates Zn2+/Gd3+-sensitive Ca2+ channels in odontoblasts (2023)
  • 著者名/発表者名: Maki Kimura, Takehito Ouchi, Ryuya Kurashima, Hidetaka Kuroda, Yoshiyuki Shibukawa
  • 学会等名: the 2023 AADOCR/CADR Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Plasma membrane Ca2+-ATPase in odontoblasts mediates dentinogenesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Yoshiyuki Shibukawa, Maki Kimura, Takehito Ouchi, Ryuya Kurashima, Hidetaka Kuroda
  • 学会等名: the 2023 AADOCR/CADR Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Functional Coupling Among Piezo1, TRPV1, and TRPA1 in Rat Odontoblasts (2023)
  • 著者名/発表者名: Ryuya Kurashima, Maki Kimura, Takehito Ouchi, Yoshiyuki Shibukawa
  • 学会等名: the 2023 AADOCR/CADR Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] Effect of pregabalin on the Merkel cell-neurite complex (2023)
  • 著者名/発表者名: Rumi Kaneko, Takehito Ouchi, Maki Kimura, Yoshiyuki Shibukawa, Tatsuya Ichinohe
  • 学会等名: the 2023 AADOCR/CADR Annual Meeting & Exhibition
  • 国際学会
• [学会発表] 三叉神経節ニューロン-血管内皮細胞シグナル伝達系：cAMP動態解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑亮，黄地健仁，木村麻記，西山明宏，黒田英孝，澁川義幸，片倉朗
  • 学会等名: 日本生理学会第100回記念大会
• [学会発表] Regulatory mechanism of the ER-stress sensor proteins in odontoblast regeneration (2023)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁，倉島竜哉，木村麻記，溝口利英，澁川義幸
  • 学会等名: 歯の発生と再生に関する国際セミナー
  • 国際学会
• [学会発表] Piezo1 modulates TRPV1/TRPA1 activations in odontoblasts (2023)
  • 著者名/発表者名: 倉島竜哉，黄地健仁，木村麻記，澁川義幸
  • 学会等名: 歯の発生と再生に関する国際セミナー
  • 国際学会
• [学会発表] 象牙芽細胞においてPiezo1活性化はTRPV1/TRPA1活性化を調節する (2023)
  • 著者名/発表者名: 倉島竜哉，黄地健仁，木村麻記，澁川義幸
  • 学会等名: 2022年度生理学研究所研究会 痛み研究会2022
• [学会発表] Wasabi sulfinyl誘導体「ヘキサラファン」によるヒト象牙芽細胞の石灰化促進 (2022)
  • 著者名/発表者名: 古澤誉彰，木村麻記，黄地健仁，中島克真，倉島竜哉，奥西勲，加藤朋恵，杉田誠，澁川義幸，古澤成博
  • 学会等名: 特定非営利活動法人 日本歯科保存学会2022年度秋季学術大会（第157回）、第24回日韓歯科保存学会学術大会
  • 国際学会
• [学会発表] 三叉神経中脳路核ニューロンの細胞膜タンパク質発現 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田上聖章，黄地健仁，木村麻記，倉島竜哉，澁川義幸，西井康
  • 学会等名: 第314回東京歯科大学学会(総会)
• [学会発表] 象牙芽細胞におけるリガンド依存性石灰化駆動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤菜月，黄地健仁，木村麻記，倉島竜哉，一戸達也，澁川義幸
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 間葉系幹細胞関連プロテオグリカンの象牙質再生における役割 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中島克真，黄地健仁，木村麻記，古澤誉彰，澁川義幸，古澤成博
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学学術大会
• [学会発表] 三叉神経中脳路核の末梢ニューロンマーカー・イオンチャネル発現 (2022)
  • 著者名/発表者名: 田上聖章，黄地健仁，木村麻記，倉島竜哉，石井武展，中村史郎，井上富雄，澁川義幸，西井康
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] ヒトMerkel細胞におけるPiezo1チャネルの機能的発現 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金子瑠実，黄地健仁，木村麻記，澁川義幸，一戸達也
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] Wasabi sulfinyl誘導体ヘキサラファンはヒト象牙芽細胞の石灰化を誘導する (2022)
  • 著者名/発表者名: 古澤誉彰，木村麻記，黄地健仁，中島克真，杉田誠，奥西勲，澁川義幸，古澤成博
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 歯根膜固有感覚を支配する三叉神経中脳路核ニューロンの機械感受性の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 権 洗眞，黄地健仁，木村麻記，中村史朗，井上富雄，澁川義幸，一戸達也
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 血管内皮細胞におけるCGRP受容体の発現と受容体活性化による細胞内cAMPレベルの動態解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑亮， 黄地健仁，西山明宏，木村麻記，黒田英孝，澁川義幸，片倉朗
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 象牙芽細胞のアデニル酸シクラーゼ活性化は Zn2+感受性 Ca2+チャネルを介した Ca2+流入を誘発する (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村麻記，黄地健仁，倉島竜哉，黒田英孝，安藤正之，河野恭佑，野村幸恵，澁川義幸
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 象牙芽細胞におけるPiezo1 -TRPV1クロストークの検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 倉島竜哉，木村麻記，黄地健仁，黒田英孝，澁川義幸
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] 歯の発生期と象牙芽細胞再生時におけるNG2陽性細胞の挙動 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁，倉島竜哉，木村麻記，黒田英孝，溝口利英，澁川義幸
  • 学会等名: 第64回歯科基礎医学会学術大会
• [学会発表] NCAM陽性ヒトiPS細胞由来純化神経堤様細胞移植による末梢神経再生の可能性 (2022)
  • 著者名/発表者名: 雨宮剛，黄地健仁，木村洋朗，岩本卓士，名越慈人，芝田晋介，中村雅也
  • 学会等名: 第33回日本末梢神経学会学術集会
• [学会発表] 象牙芽細胞におけるPiezo1 channelとTRPV1 channelの機能連関 (2022)
  • 著者名/発表者名: 倉島竜哉，黄地健仁，木村麻記，澁川義幸
  • 学会等名: 第16回トランスポーター研究会年会
• [学会発表] 三叉神経節ニューロンへの機械刺激による象牙芽細胞内cAMPシグナルの検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 齋藤菜月，木村麻記，黄地健仁，澁川義幸，一戸達也
  • 学会等名: 第313回東京歯科大学学会・例会
• [学会発表] ヒト象牙芽細胞におけるIP，5-HT4，D1，A2A，VIP受容体の機能的発現 (2022)
  • 著者名/発表者名: 北山えり，木村麻記，黄地健仁，澁川義幸，古澤成博
  • 学会等名: 第313回東京歯科大学学会・例会
• [学会発表] 歯髄におけるNG2陽性細胞の同定と象牙芽細胞への運命移行 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁，倉島竜哉，木村麻記，溝口利英，澁川義幸
  • 学会等名: 第313回東京歯科大学学会・例会
• [学会発表] 血管内皮細胞のカルシトニン受容体様受容体を介した 細胞内cAMPレベルの活性化と軸索反射メカニズム解明への取り組み (2022)
  • 著者名/発表者名: 岩﨑亮，黄地健仁，西山明宏，木村麻記，黒田英孝，澁川義幸，片倉朗
  • 学会等名: 第313回東京歯科大学学会・例会
• [学会発表] 象牙芽細胞においてPiezo1チャネルの活性化はTRPV1チャネルを介した細胞内カルシウムレベルを増加する (2022)
  • 著者名/発表者名: 倉島竜哉，黄地健仁，木村麻記，澁川義幸
  • 学会等名: 第313回東京歯科大学学会・例会
• [学会発表] Pericyte由来Piezo1陽性象牙芽細胞の同定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁，倉島竜哉，木村麻記，澁川義幸
  • 学会等名: 第76回日本口腔科学会学術集会
• [学会発表] ヒト象牙芽細胞におけるcyclic AMP誘発性Ca2+流入経路の検討 (2022)
  • 著者名/発表者名: 木村麻記，黄地健仁，澁川義幸
  • 学会等名: 第76回日本口腔科学会学術集会
• [図書] 連載で学ぶ臨床ベーシック 症例に学ぶ診断マスターへの道 心臓性歯痛を歯周炎および筋・筋膜性疼痛と間違えた症例，デンタルダイヤモンド 2023年5月号 (2023)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁・和嶋浩一
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: デンタルダイヤモンド社
• [図書] 細胞内外シグナリング連関による歯痛と象牙質形成の制御機構，BIO Clinica：Vol. 38 No. 4，通巻505号，特集 メカニカルストレス－疾患の理解と治療法開発の新視点－ (2023)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁・倉島竜哉・木村麻記・澁川義幸
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 北隆館
• [図書] 優しく寄り添いたいお口の痛み(7) 歯が原因ではない痛み?：非歯原性歯痛，デンタルハイジーン：Vol. 42 No. 12 (2022)
  • 著者名/発表者名: 黄地健仁・澁川義幸
  • 総ページ数: 9
  • 出版者: 医歯薬出版