研究成果報告書

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くにもとなかじゅく
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1 様式 C-19 科学研究費助成事業 ( 科学研究費補助金 ) 研究成果報告書機関番号 :32612 研究種目 : 若手研究 (A) 研究期間 :2009~2011 課題番号 : 研究課題名 ( 和文 ) 加齢と骨代謝制御研究課題名 ( 英文 ) AgingandRegulationofBoneMetabolism 研究代表者宮本健史 (MIYAMOTOTAKESHI) 慶應義塾大学医学部総合医科学研究センター特任准教授研究者番号 : 平成 24 年 5 月 15 日現在研究成果の概要 ( 和文 ): 転写抑制因子 Blymphocytematurationprotein1(Blimp1) および B celllymphoma6(bcl6) により破骨細胞に特徴的な遺伝子群の発現が直接制御されることで破骨細胞分化と骨の恒常性が制御されていることを見出した (JExpMed2010) また破骨細胞の細胞融合に必須の分子として新たに osteoclaststimulatorytransmembraneprotein (OC-STAMP) を同定した (JBoneMinerResinpress) 研究成果の概要 ( 英文 ):WeidentifiedthattranscriptionalrepressorsnamelyBlymphocyte maturationprotein1(blimp1)andbcelllymphoma6(bcl6)criticallyregulateosteoclast differentiationandbonehomeostasis(jexpmed2010).wealsoidentifiedthatosteoclast stimulatorytransmembraneprotein(oc-stamp)isrequiredforosteoclastcell-cellfusion (JBoneMinerResinpress). 交付決定額 ( 金額単位 : 円 ) 直接経費間接経費合計 2009 年度 8,200,000 2,460,000 10,660, 年度 6,300,000 1,890,000 8,190, 年度 4,300,000 1,290,000 5,590,000 総計 18,800,000 5,640,000 24,440,000 研究分野 : 医歯薬学科研費の分科細目 : 外科系臨床医学整形外科学キーワード : 骨軟骨代謝学 1. 研究開始当初の背景 (1) 急速な高齢化社会の到来を受けて骨粗鬆症の患者数は増加の一途をたどっておりその克服は喫緊の課題である (2) 骨粗鬆症の患者数は加齢により増大するが加齢と骨粗鬆症の発症を分子的に結びつけた報告には乏しい 2. 研究の目的 (1) 骨粗鬆症発症の大きな要因となる破骨細胞を制御する新たな分子機構を同定すること (2) 加齢モデルにおいて骨粗鬆症発症機構を解明しその制御を試みること 3. 研究の方法 (1) 破骨細胞分化を制御する分子を同定するため破骨細胞において網羅的なマイクロアレイ解析を行い破骨細胞に特異的な分子を同定しその機能解析を行う (2)ATM 欠損マウスや FoXo3a 欠損マウス

2 SOD1 欠損マウスなどの早期老化モデルである遺伝子改変マウスや卵巣摘除偽閉経モデルマウスを用いて老化と関連した骨恒常性制御分子を同定する 4. 研究成果 (1)1 破骨細胞とマクロファージに発現する分子を比較したマイクロアレイを実施し破骨細胞分化に伴い発現が減少する転写抑制因子として Bcl6 を同定した 2Bcl6 を過剰に発現させると破骨細胞分化が阻害されたことから Bcl6 の発現抑制が破骨細胞分化に必須であることが示された 3Bcl6 欠損マウスは野生型マウスに比べて破骨細胞の過剰な形成と有意な骨量減少を示した 4Bcl6 は破骨細胞に特徴的な遺伝子である NFATc1 CathepsinK および DC-STAMP の転写調節領域に直接結合しこれらの分子の発現を負に制御することを見出した 5Bcl6 の発現を抑制する転写抑制因子として Blimp1 を同定した 6 破骨細胞特異的な Blimp1 欠損マウス (Blimp1cKO) は Bcl6 の発現上昇に伴う破骨細胞分化障害と骨量の増加を示した 7Blimp1 は Bcl6 の転写調節領域に直接結合し Bcl6 の発現を負に制御した 8Blimp1cKO と Bcl6KO を交配しダブルノックアウトマウスを作製したところ Blimp1cKO にみられた骨量増加はキャンセルされた 9 破骨細胞に特異的な分子の 1 つとして OC-STAMP を同定した 10OC-STAMP 欠損マウスを作製したところ破骨細胞の細胞融合が完全に阻害されていた 11OC-STAMP 欠損マウス由来の破骨細胞は単核ではあるものの破骨細胞の分化マーカーは野生型マウス由来の破骨細胞と同等に発現しており破骨細胞に特徴的なアクチンリングや波状縁といった細胞構造も形成していたことから OC-STAMP は破骨細胞の分化ではなく細胞融合に特異的に機能することが示された 12OC-STAMP 欠損マウス由来の破骨細胞は DC-STAMP などの他の細胞融合制御分子の発現は正常であり逆に DC-STAMP 欠損マウス由来の破骨細胞においても OC-STAMP の発現は正常であったことから OC-STAMP と DC-STAMP は独立して破骨細胞の融合を制御することが明らかとなった 13OC-STAMP 欠損マウスの破骨細胞は骨吸収能が有意に低下していた 14OC-STAMP 欠損マウスにおける破骨細胞の細胞融合障害は OC-STAMP の過剰発現により回復した 15OC-STAMP 欠損マウスでは異物巨細胞の細胞融合も完全に阻害されていた (2)1FoxO3a 欠損マウスでは加齢に伴い骨量が野生型マウスより低下していた 2SOD1 欠損マウスでは加齢に伴い骨量が野生型マウスより低下していた 5. 主な発表論文等 ( 研究代表者研究分担者及び連携研究者には下線 ) 雑誌論文 ( 計 19 件 ) 1YoshidaS,IwasakiR,KawanaH,Miyauchi Y,HoshiH,MiyamotoH,MoriT,Kanagawa H,KatsuyamaE,FujieA,HaoW,Kobayashi T,SatoY,MiyamotoK,MoriokaH,Matsumoto M,ChibaK,ToyamaY,NakagawaT,Miyamoto T.PDGFBBpromotesPDGFRα-positivecell migrationintoartificialboneinvivo. BiochemBiophysResCommun. 査読有 in press(2012) 2 Niki Y, Takeuchi T, Nakayama M, NagasawaH,KurasawaT,YamadaH,Toyama Y, MiyamotoT. ClinicalSignificanceof Cartilage Biomarkers for Monitoring Structural Joint Damage in Rheumatoid ArthritisPatientsTreatedwithAnti-TNF Therapy.PLoSOne. 査読有 inpress(2012) 3 HoshiH,HaoW,FujitaY,FunayamaA, Miyauchi Y, Hashimoto K, Miyamoto K, IwasakiR,SatoY,KobayashiT,Miyamoto H,YoshidaS,MoriT,KanagawaH,Katsuyama E, Fujie A, Kitagawa K, Nakayama KI, KawamotoT,SanoM,FukudaK,OhsawaI, OhtaS,MoriokaH,MatsumotoM,ChibaK, Toyama Y, Miyamoto T. Aldehyde-stress resulting from Aldh2 mutation promotes osteoporosis due to impaired osteoblastogenesis.jboneminerres. 査読有 inpress(2012) 4 Miyamoto H, Suzuki T, Miyauchi Y, IwasakiR,KobayashiT,SatoY,Miyamoto

3 K,HoshiH,HashimotoK,YoshidaS,HaoW, MoriT,KanagawaH,KatsuyamaE,FujieA, MoriokaH,MatsumotoM,ChibaK,TakeyaM, Toyama Y and Miyamoto T. OC-STAMP and DC-STAMPcooperativelymodulatecell-cell fusion to form osteoclasts and foreign bodygiantcells.jboneminerres. 査読有 inpress(2012) 5 FujitaK,IwasakiM,OchiH,FukudaT, MaC,MiyamotoT,TakitaniK,Negishi-Koga T, Sunamura S, Kodama T, Takayanagi H, TamaiH,KatoS,AraiH,ShinomiyaK,Itoh H,OkawaA,TakedaS.VitaminEdecreases bonemassbystimulatingosteoclastfusion. NatMed. 査読有,2012Mar4;18(4): Miyamoto K, Yoshida S, Kawasumi M, HashimotoK,KimuraT,SatoY,Kobayashi T,MiyauchiY,HoshiH,IwasakiR,Miyamoto H,HaoW,MoriokaH,ChibaK,KobayashiT, YasudaH,PenningerJM,ToyamaY,SudaT and Miyamoto T. Osteoclasts are dispensableforhaematopoieticstemcell maintenanceandmobilization.jexpmed. 査読有 2011Oct24;208(11): Miyamoto T. Regulators of Osteoclast Differentiation and Cell-Cell Fusion. KeioJMed.2011.December60(4): 査読有 8MoriT,MiyamotoT,YoshidaH,Asakawa M, Kawasumi M, Kobayashi T, Morioka H, ChibaK,ToyamaY,YoshimuraA.IL-1{beta} and TNF{alpha}-initiated IL-6-STAT3 pathway is critical in mediating inflammatory cytokines and RANKL expressionininflammatoryarthritis.int Immunol.2011Nov;23(11): 査読有 9 Miyauchi Y, Ninomiya K, Miyamoto H, SakamotoA,IwasakiR,HoshiH,Miyamoto K,HaoW,YoshidaS,MoriokaH,ChibaK, KatoS,TokuhisaT,SaitouM,ToyamaY, SudaT,MiyamotoT.TheBlimp1-Bcl6axis is critical to regulate osteoclast differentiation andbone homeostasis. J ExpMed. 査読有 vol.207,no.4,2010, pp NagaseY,IwasawaM,AkiyamaT,Kadono Y,NakamuraM,OshimaY,YasuiT,Matsumoto T, Hirose J, Nakamura H, Miyamoto T, Bouillet P, Nakamura K, Tanaka S. Anti-apoptotic Molecule Bcl-2 Regulates the Differentiation, Activation, and Survival of Both Osteoblasts and Osteoclasts.JBiolChem. 査読有,2009Dec 25;284(52): Sakai S, Takaishi H, Matsuzaki K, Kaneko H, Furukawa M, Miyauchi Y, ShiraishiA,SaitoK,TanakaA,Taniguchi T,SudaT,MiyamotoT,ToyamaY.1-Alpha, 25-dihydroxy vitamin D3 inhibits osteoclastogenesis through IFN-beta-dependentNFATc1suppression.J BoneMinerMetab.2009;27(6): 査読有 12 Miyamoto K, Ninomiya K, Sonoda K, MiyauchiY,HoshiH,IwasakiR,Miyamoto H,YoshidaS,SatoY,MoriokaH,ChibaK, EgarashiK,SudaT,ToyamaY,*MiyamotoT. MCP-1expressedbyosteoclastsstimulates osteoclastogenesis in an autocrine/paracrine manner. Biochem BiophysResCommun : 査読有

4 学会発表 ( 計 50 件 ) 1 MiyamotoTetal.STAT3iscriticalto promote inflammatory cytokines and RANKL expression in inflammatory arthritis. 1 st Bio-Rheumatology International Congress November ,HiltonBayTokyo,Chiba 2 宮本健史森智章吉村昭彦戸山芳昭炎症と破骨細胞制御機構第 26 回日本整形外科学会基礎学術集会平成 23 年 10 月日前橋 3 宮本裕也森岡秀夫千葉一裕戸山芳昭宮本健史 OC-STAMP は破骨細胞, 異物巨細胞の細胞融合に必須である第 26 回日本整形外科学会基礎学術集会平成 23 年 10 月日前橋 4 森智章宮本健史吉村昭彦戸山芳昭 STAT3 は関節リウマチ治療の新たな分子標的である第 26 回日本整形外科学会基礎学術集会平成 23 年 10 月日前橋 5 MiyamotoH,MoriokaH,ChibaK,Toyama YandMiyamotoT,OC-STAMPandDC-STAMP are both essential for cell-cell fusioninosteoclastsandforeignbody giant cells, Annual Meeting of the AmericanSocietyforBoneandMineral Research2011,September , SanDiego,California,USA 6 MoriT,ToyamaY,YoshimuraA,Miyamoto T,STAT3isanoveltargetfortreating bone resorption in Rheumatoid arthritis, Annual Meeting of the AmericanSocietyforBoneandMineral Research2011,September , SanDiego,California,USA 7 森智章宮本健史吉村昭彦戸山芳昭 STAT3 は関節リウマチ治療の新たな分子標的である第 29 回日本骨代謝学会学術集会平成 23 年 7 月 28~30 日大阪 8 宮内芳輝戸山芳昭宮本健史転写抑制因子 Blimp1 は骨代謝制御の分子標的である第 29 回日本骨代謝学会学術集会平成 23 年 7 月 28~30 日大阪 9 星淡子呉コウ戸山芳昭宮本健史 Aldh2 遺伝子変異はアセトアルデヒド及び酸化脂質の蓄積により骨芽細胞の分化抑制をきたす第 29 回日本骨代謝学会学術集会平成 23 年 7 月 28~30 日大阪 10 宮本裕也森岡秀夫千葉一裕戸山芳昭宮本健史 OC-STAMP は破骨細胞異物巨細胞の細胞融合に必須である第 2 9 回日本骨代謝学会学術集会平成 23 年 7 月 28~30 日大阪 11 MiyamotoT.Regulationofosteoclast differentiationandcell-cellfusion. KoreanSocietyofBoneMetabolism,May 27-29,2011,Seoul,Korea 12 MiyamotoH,MoriokaH,ChibaK,Toyama Y,MiyamotoT,TheIRAK4-p38signalis a differentiation switch for reciprocal formation of osteoclasts and foreign body giant cells, 2011 Annual Meeting of the Orthopaedic ResearchSocietyJanuary13-16,2011 LongBeach,California,USA 13 宮本健史転写抑制因子 Blimp1-Bcl6 axis による破骨細胞分化および骨恒常性制御第 25 回日本整形外科学会基礎学術集会平成 22 年 10 月日京都 14 宮本裕也宮本健史森岡秀夫千葉一裕戸山芳昭 IRAK4-p38 シグナルは implantfailure の治療に対する分子標的である第 25 回日本整形外科学会基礎学術集会平成 22 年 10 月日京都 15 宮本健史細胞融合の新たな展開第 28 回日本骨代謝学会学術集会平成 22 年 7 月東京 16 宮本健史 RANKL による新たな破骨細胞分化機構第 28 回日本骨代謝学会学術集会平成 22 年 7 月東京 17 宮本裕也戸山芳昭宮本健史 IRAK4-p38 シグナルは implantfailure の治療に対する分子標的である第 28 回日本骨代謝学会学術集会平成 22 年 7 月東京 18 宮内芳輝千葉一裕戸山芳昭宮本健史 Blimp1 および Bcl6 による破骨細胞分化制御第 28 回日本骨代謝学会学術集会平成 22 年 7 月東京 19 藤田浩二岩崎牧子古賀貴子高柳広龍谷公隆玉井浩新井洋由宮本健史伊藤裕四宮謙一竹田秀ビタミン E は破骨細胞融合を促進し骨量減少を引き起こす第 28 回日本骨代謝学会学術集会平成 22 年 7 月東京 20 宮本健史細胞融合を標的とした破骨細胞制御機構の解明 :DC-STAMP による破骨細胞制御第 54 回日本リウマチ学会平成 22 年 4 月 22~25 日兵庫 21 宮本健史破骨細胞分化を制御する新規因子第 8 回 JapanConferenceonBone &JointDiseases 研究会平成 22 年 1 月 23 日東京図書 ( 計 2 件 ) 1 Miyamoto T and Suda T. Molecules regulating macrophage fusions. Cell Fusions: Regulation and Control ,2010

5 2 Sadaoki Sakai, Yoshiteru Miyauchi, Yoshiaki Toyama, Takeshi Miyamoto. VitaminD:Biochemistry,Nutritionand Roles(VitaminDandBone).VitaminD: Biochemistry, NutritionandRoles,- 3rdQuarter, ,2010 産業財産権出願状況 ( 計 0 件 ) 取得状況 ( 計 0 件 ) その他ホームページ等なし 6. 研究組織 (1) 研究代表者宮本健史 (MIYAMOTO TAKESHI) 慶應義塾大学医学部特任准教授研究者番号 :

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様式 C-19 科学研究費助成事業 ( 科学研究費補助金 ) 研究成果報告書研究成果の概要 ( 和文 ): 平成 24 年 5 月 15 日現在機関番号 :32612 研究種目 : 基盤研究 (C) 研究期間 :2009~2011 課題番号 :21592265 研究課題名 ( 和文 ) 再生に向けたヒト人工多能性幹細胞を用いた網膜変性疾患の病態解明研究課題名 ( 英文 ) AnanlysisoftheretinaldegenerativediseasesusingiPScells