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申請者が同定に成功している細胞種特異的小胞体ストレスセンサーOASISの機能を、ノックアウトマウスを用いて解析することで生体機能調節におけるタンパク質の品質管理の制御を明らかにするとともに、ストレスセンサーが機能せず生じる小胞体タンパク質品質管理の破綻メカニズムの解明を目指した。さらに既存の小胞体ストレスセンサーであるPERKのノックアウトマウスを用いて骨形成におけるPERKシグナリングの重要性を調べた。
1.小胞体ストレスセンサーOASIS欠損マウスの解析:
OASIS欠損マウスは重篤な骨形成不全を示す。このメカニズムが骨芽細胞の機能障害が直接の原因であることを確認するために、OASIS遺伝子を骨芽細胞特異的に発現できるトランスジェニックマウスを作成し、このマウスとOASIS欠損マウスとを掛け合わせた遺伝子改変マウスを作成した。その結果、OASIS遺伝子の骨芽細胞特異的発現によりノックアウトマウスで見られた骨形成不全は完全にレスキューされ、骨形成不全はOASIS欠損による骨芽細胞機能不全によることが確認できた。しかし、OASIS欠損で起こる発育遅延はレスキューできなかったことから、骨芽細胞以外にも他の組織・細胞でOASISは骨格形成に重要な働きをすることが強く示唆された。
2.PERKシグナリングと骨形成:
PERK欠損マウスではOASIS欠損マウスと同様に骨形成不全が起こる。この分子メカニズムを解明するため、PERKから発信されるシグナリングと骨形成の分子機構を解析した。PERK欠損骨芽細胞ではその下流分子であるelF2αおよびATF4の活性化が強く抑制されていた。PERK欠損骨芽細胞にATF4を過剰に発現させると成熟骨芽細胞のマーカーであるオステオカルシンの発現の上昇に加え、骨分化マーカーの発現上昇、ミネラリゼーションが亢進した。これら結果から、PERK-elF2α-ATF4経路は骨芽細胞の分化を促進し、骨形成を活性化させることが明らかになった。
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