脊椎椎間板の形成・維持を担う分子メカニズムの解析

2013 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 24659669
• 研究機関: 東京医科歯科大学
• 研究代表者: 淺原 弘嗣 東京医科歯科大学, 大学院医歯学総合研究科, 教授 (70294460)
• キーワード: Mohawk / 椎間板 / 腱 / 靭帯

研究概要

脊椎椎間板は、椎骨を結合し脊柱を構成する組織であり、その加齢、力学的負荷による変性・損傷は椎間板ヘルニアなどを引き起こし、患者に激痛を与え、日常生活に大きな制限をあたえる。この椎間板の損傷・変性は、栄養血管が少ないこともあり、その治癒力は非常に弱く、再生が困難であり、新しい再生医療技術の発展が望まれている。そのため治療法の開発に向けて基盤となる分子レベルでの研究が急務とされている。しかしながら、椎間板の発生・分化における遺伝子制御機構についてや、これら組織の変性メカニズムは、未だにほとんど不明である。申請者らは、E9.5、10.5、11.5のマウス胚において、遺伝子発現（転写）のスイッチである約1,500個の転写因子・転写コファクターのWhole-mount in situ hybridization (WISH)データベース"EMBRYS" (http://embrys.jp/) を構築し、時空間特異的な発現制御により成り立っている個体発生における、複雑な遺伝子ネットワーク解明の足がかりとなるシステムを作り上げた。このデータベースを基に、腱・靭帯に特異的な遺伝子としてホメオボックス遺伝子であるMohawk (Mkx)を同定し、このMkxが腱の形成に重要な転写因子であることをノックアウトマウスの解析により明らかにしている。本年度はノックアウトマウスの椎間板を電子顕微鏡で解析し、野生型と比較して椎間板線維輪外輪のコラーゲン細線維の径が小さくなっていることを見出した。さらに椎間板の経年的な変化をmicro CT及び組織学的に検討し、野生型と比較してノックアウトマウスは腰椎が変形性脊椎症様の変化を示すこと、椎間板組織の変性が進行することを見出した。以上の結果からMkxは脊椎椎間板線維輪の形成、また椎間板変性に重要な働きを持っている可能性が示唆された。

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

研究において支障はなく、ほぼ計画通りに進めることができた。

今後の研究の推進方策

Mkxの遺伝子改変マウス由来の線維輪細胞あるいはMkxを過剰発現させた培養細胞系を用いて、Mkxが発現を制御する遺伝子のスクリーニングを行う。取得した候補遺伝子については、ChIPアッセイやルシフェラーゼアッセイによる細胞ベースの実験と、Mkxノックアウトマウス、トランスジェニックマウスを用いた発現解析により、候補遺伝子がMkxの標的遺伝子であるかについて調査する。

研究成果

• [雑誌論文] The Mohawk homeobox transcription factor regulates the differentiation of tendons and volar plates. (2014)
  • 著者名/発表者名: Onizuka N, Ito Y, Inagawa M, Nakahara H, Takada S, Lotz M, Toyama Y, Asahara H.
  • 雑誌名: J Orthop Sci. 巻: 19(1) ページ: 172-80
  • DOI: 10.1007/s00776-013-0485-z.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Targeted gene deletion of miRNAs in mice by TALEN system (2013)
  • 著者名/発表者名: Takada S, Sato T, Ito Y, Yamashita S, Kato T, Kawasumi M, Kanai-Azuma M, Igarashi A, Kato T, Tamano M, AsaharaH.
  • 雑誌名: PLOS One. 巻: 8(10) ページ: e76004
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0076004.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The AERO System: a 3D-like Approach for Recording Gene Expression Patterns in the Whole Mouse Embryo (2013)
  • 著者名/発表者名: Shimizu H, Kubo A, Uchibe K, Hashimoto M, Yokoyama S, Takada S, Mitsuoka K, Asahara H
  • 雑誌名: PLOS One. 巻: 8(10) ページ: e75754
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0075754.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Analysis of microRNAs expressions in chondrosarcoma. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka T, Kawai A, Miyaki S, Numoto K, Kikuta K, Ozaki T, Lotz M, Asahara H.
  • 雑誌名: J Orthop Res. 巻: 31(12) ページ: 1992-8
  • DOI: 10.1002/jor.22457
  • 査読あり
• [雑誌論文] Transcription factor mohawk and the pathogenesis of human anterior cruciate ligament degradation. (2013)
  • 著者名/発表者名: Nakahara H, Hasegawa A, Otabe K, Ayabe F, Matsukawa T, Onizuka N, Ito Y, Ozaki T, Lotz MK, Asahara H.
  • 雑誌名: Arthritis Rheum. 巻: 65(8) ページ: 2081-9
  • DOI: 10.1002/art.38020.
  • 査読あり