Division of Functional Disorder Research (Department of Molecular Pharmacology)
先端分子医学研究部門分子薬理学分野
本分野の研究は、生体のカルシウム調節系に関わる器官および組織における細胞の分子レベルでの制御機構についての解析を行うことにある。特に、カルシウム調節の分子機構の解明により、骨粗鬆症をはじめとする骨格系疾患の治療ならびに予防法の確立に寄与することに重点をおいている。
概略
本研究分野の主な難治疾患研究の対象は、カルシウム代謝異常疾患、特に骨粗鬆症ならびに後縦靭帯骨化症等の骨量異常疾患である。これらの疾患の分子生物学的、細胞生物学的な病態生理学的基盤の解明を目指しており、研究項目は、以下の点である。（1）細胞分化の制御に関わる転写因子の解析。（2）成長因子ならびにサイトカインによる細胞機能制御機構の研究。（3）ホルモンによる遺伝子発現制御機構の研究。（4）遺伝子ノックアウト動物を用いた疾患動物モデルの作成。（5）骨芽細胞、軟骨細胞の分化に関わる発生生物学的研究。（6）破骨細胞の形成ならびに機能調節に関する分子生物学的研究。（7）物理学的環境因子の骨芽細胞機能への影響の細胞生物学的研究。
研究紹介
骨格系は生体のカルシウム調節系の最大の代謝器官である。骨格系を維持する骨代謝の平衡は、骨組織を形成する骨芽細胞や吸収を行う破骨細胞による骨のリモデリング調節によって保たれている。このリモデリングの平衡が破綻することにより、骨粗鬆症などの骨格系疾患が生じる。骨芽細胞は、未分化間葉系の細胞より分化する過程において局所の調節因子ならびに全身性の調節因子であるホルモンの制御を受ける。これらの因子は、細胞内シグナル伝達機構を介して、核へ情報が伝達され、その下流で活性化される転写因子が細胞分化を決定するが、マトリックスが主体の骨では接着シグナルと転写因子のシグナルが相互作用する。さらに、この過程に関わるサイトカインおよび転写因子の機能と調節、ならびにこれらの細胞機能を調節し、局所的に作用する因子の解析を進めている。破骨細胞は、血液の幹細胞由来の前駆細胞から分化するが、その分化過程における細胞間の制御機構、サイトカインなどの局所における調節因子群による分化制御機構、また、破骨細胞内で機能する転写因子の制御機構を研究対象としている。さらに骨の形成ならびに吸収とリモデリングの機構の解明により、骨・軟骨組織の再生医工学の基盤研究を柱としている。上記の問題解明へのアプローチ方法の一つとして、ノックアウトマウスならびにトランスジェニックマウス、ウイルスによる遺伝子導入、網羅的遺伝子発現の解析、ゲノムデータベースの探索を行い、難治疾患の診断法や治療法、さらに再生医学的技術の開発へ向けた基礎研究を行う。
研究内容
1. Dok-1/Dok-2欠損は、破骨細胞活性化を介して、骨減少を誘導する(川俣綾、早田匡芳、江面陽一、野田政樹)。
骨粗鬆症は、生活の質の減少につながる骨折を引き起こすが、人口の約10%に発症するという、最も蔓延している疾患の一つである。骨粗鬆症の重要な特徴の一つは、骨減少であるが、その病因は完全には解明されていない。Dok-1とDok-2は、主に血球系の細胞に発現するタンパク質チロシンリン酸化酵素の下流で作用するアダプタータンパク質である。これらのタンパク質は、免疫系を負に制御するが、骨代謝における役割は理解されていない。本研究においては、骨におけるDok-1とDok-2の二重欠損の効果を解析した。Dok-1/2欠損マウスでは、海綿骨と皮質骨の骨量が減少し、長管骨の骨幹部の外周長および内周長が減少した。骨形態計測学的解析により、Dok-1/2欠損は、骨表面石灰化率、骨石灰化速度、骨形成速度などの骨形成パラメーターのレベルは有意な変化を起こさなかった。一方、Dok-1/2欠損は、破骨細胞数(骨面)と破骨細胞面(骨面)などの骨吸収パラメーターレベルを促進した。全身性には、Dok-1/2欠損は尿中デオキシピリジノリンのレベルが増加させた。In vitroで、Dok-1/2欠損破骨細胞は、骨吸収窩形成を促進し、また、マクロファージ刺激因子(M-CSF)への感度が亢進していた。これらの結果から、Dok-1とDok-2欠損が破骨細胞の活性化による骨減少を引き起こすということが明らかにされた(J Cell Physiol, 2011)。 2. MURF1欠損は、非荷重によって誘導される骨芽細胞と破骨細胞への効果を抑制する(近藤久貴、江面陽一、早田匡芳、野田政樹)。
メカニカルストレスの低下あるいは非荷重は、廃用性骨粗鬆症を引き起こす。廃用性骨粗鬆症は、高齢者において、骨折を引き起こし、体の機能を低下させ、死亡率に影響を及ぼす。この骨減少は、骨芽細胞による骨形成の低下と破骨細胞による骨吸収の増加による。MuRF1は、筋肉の萎縮に関与する筋肉のRINGフィンガータンパク質であり、マウスにおいては、後肢の非荷重などの廃用性条件で筋肉における発現が促進される。しかしながら、MuRF1が非荷重による骨減少に関与するかどうかは知られていない。それゆえ、我々は、非荷重による骨減少におけるMuRF1欠損の効果を検討した。MuRF1 KOマウスと野生型のコントロールマウスの後肢非荷重実験を行った。野生型マウスにおいて、非荷重は海綿骨量および皮質骨量を減少させた。一方、MuRF1 KOマウスでは、非荷重による骨減少が抑制された。野生型マウスでは、非荷重は骨形成速度を減少させたが、MuRF1 KOマウスでは、この減少が抑制された。非荷重は、破骨細胞数（骨面）を増加させたが、MuRF1 KOマウスでは、この増加が抑制された。これらの結果から、MuRF1は、骨形成と骨吸収の両方において、廃用による骨減少に関与することが明らかにされた(J Cell Biochem, 2011)。
ハイライト
「骨粗鬆症における交感神経作用は、オステオポンチンによって制御される」（長尾雅史、江面陽一、早田匡芳、野田政樹）
交感神経は骨量を抑制するが、そのメカニズムは完全には解明されていない。本研究においては、細胞とマウスの遺伝学的アプローチによって、この交感神経の活動には、オステオポンチン(OPN)が必要とされることが示された。OPNは、サイトカインで、骨の非コラーゲン性の細胞外基質タンパク質の主要なメンバーである。イソプレテレノールによる交感神経刺激が、血液と骨において、OPNの発現レベルを増加させた。OPN欠損マウスでは、骨芽細胞活性減弱および破骨細胞活性亢進が妨げられる事によって、イソプレテノールによる骨減少が抑制された。さらに、OPNは、交感神経の活性化によって誘導される骨吸収と骨形成に関連する遺伝子発現の変化に必要であった。細胞レベルでは、細胞内OPNは、ｧ2-アドレナリン受容体のcAMP産生能力を調整し、cAMP応答領域結合タンパク質(CREB)のリン酸化とそれに関連する転写事象を調整した。これらの結果から、OPNは、骨量の交感神経制御に重要な役割を果たし、このOPN制御は_2-アドレナリン受容体シグナリングシステムの調整を通じて起こっていることが明らかにされた(Proc Natl Acad Sci USA, 2011)。
1. グローバルCOEプログラム・破と骨の分子疾患科学の国際研究教育拠点・拠点リーダー
2. 特別教育研究経費・硬組織疾患ゲノムセンター
人事異動
転入：白川純平（大学院生）、守屋秀一（大学院生）、小川尚子（事務補佐員）
転出：佐久間朋美（大学院生）、PaksineeKamolratanakul（大学院生）、野末陽子（事務補佐員）、楊瑛（ポスドク）
業績目録
原著論文
1. Nagao M, Feinstein TN, Ezura Y, Hayata T, Notomi T, Saita Y, Hanyu R, Hemmi H, Izu Y, Takeda S, Wang K, Rittling S, Nakamoto T, Kaneko K, Kurosawa H, Karsenty G, Denhardt DT, Vilardaga JP, Noda M. Sympathetic control of bone mass regulated by osteopontin. ProcNatlAcadSci U S A 108:17767-72, 2011.
2. Kamolratanakul P, Hayata T, Ezura Y, Kawamata A, Hayashi C, Yamamoto Y, Hemmi H, Nagao M, Hanyu R, Notomi T, Nakamoto T, Amagasa T, Akiyoshi K, Noda M. Nanogel-based scaffold delivery of prostaglandin E(2) receptor-specific agonist in combination with a low dose of growth factor heals critical-size bone defects in mice. Arthritis Rheum 63:1021-33, 2011.
3. Hemmi H, Zaidi N, Wang B, Matos I, Fiorese C, Lubkin A, Zbytnuik L, Suda K, Zhang K, Noda M, Kaisho T, Steinman RM, Idoyaga J. Treml4, an Ig Superfamily Member, Mediates Presentation of Several Antigens to T Cells In Vivo, Including Protective Immunity to HER2 Protein. J Immunol 188:1147-55, 2012.
4. Sakuma T, Nakamoto T, Hemmi H, Kitazawa S, Kitazawa R, Notomi T, Hayata T, Ezura Y, Amagasa T, Noda M. CIZ/NMP4 is expressed in B16 melanoma and forms a positive feedback loop with RANKL to promote migration of the melanoma cells. J Cell Physiol (2012 ).
5. Izu Y, Ezura Y, Mizoguchi F, Kawamata A, Nakamoto T, Nakashima K, Hayata T, Hemmi H, Bonaldo P, Noda M. Type VI collagen deficiency induces osteopenia with distortion of osteoblastic cell morphology. Tissue Cell 44:1-6, 2012.
6. Kondo H, Ezura Y, Nakamoto T, Hayata T, Notomi T, Sorimachi H, Takeda S, Noda M. MURF1 deficiency suppresses unloading-induced effects on osteoblasts and osteoclasts to lead to bone loss. J Cell Biochem 112:3525-30, 2011.
7. Ono N, Nakashima K, Schipani E, Hayata T, Ezura Y, Soma K, Kronenberg HM, Noda M. Constitutively active PTH/PTHrP receptor specifically expressed in osteoblasts enhances bone formation induced by bone marrow ablation. J Cell Physiol 227:408-15, 2012.
8. Seo S, Nakamoto T, Takeshita M, Lu J, Sato T, Suzuki T, Kamikubo Y, Ichikawa M, Noda M, Ogawa S, Honda H, Oda H, Kurokawa M. Crk-associated substrate lymphocyte type regulates myeloid cell motility and suppresses the progression of leukemia induced by p210Bcr/Abl. Cancer Sci 102:2109-17, 2011.
9. Kawamata A, Inoue A, Miyajima D, Hemmi H, Mashima R, Hayata T, Ezura Y, Amagasa T, Yamanashi Y, Noda M. Dok-1 and Dok-2 deficiency induces osteopenia via activation of osteoclasts. J Cell Physiol 226:3087-93, 2011.
10. Morishita M, Ono N, Miyai K, Nakagawa T, Hanyu R, Nagao M, Kamolratanakul P, Notomi T, Rittling SR, Denhardt DT, Kronenberg HM, Ezura Y, Hayata T, Nakamoto T, Noda M. Osteopontin deficiency enhances parathyroid hormone/ parathyroid hormone related peptide receptor (PPR) signaling-induced alteration in tooth formation and odontoblastic morphology. Tissue Cell 43:196-200, 2011.
11. Hanyu R, Hayata T, Nagao M, Saita Y, Hemmi H, Notomi T, Nakamoto T, Schipani E, Knonenbery H, Kaneko K, Kurosawa H, Ezura Y, Noda M. Per-1 is a specific clock gene regulated by parathyroid hormone (PTH) signaling in osteoblasts and is functional for the transcriptional events induced by PTH. J Cell Biochem 112:433-8, 2011.
12. Nagao M, Saita Y, Hanyu R, Hemmi H, Notomi T, Hayata T, Nakamoto T, Nakashima K, Kaneko K, Kurosawa H, Ishii S, Ezura Y, Noda M. Schnurri-2 deficiency counteracts against bone loss induced by ovariectomy. J Cell Physiol226:573-8, 2011.
受賞
1. 長尾雅史。Plenary Poster Award. The 33rd Annual Meeting of American Society for Bone and Mineral Research (ASBMR), San Diego, USA, Sep 16-20, 2011.
国際学会発表
1. Nagao M, Saita Y, Hanyu R, Hayata T, Nakamoto T, Izu Y, Notomi T, Takeda S, Karsenty G, Rittling S, Ezura Y, Vilardaga, JP, Noda M. Sympathetic Control of Bone Mass Regulated By Osteopontin. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Plenary Poster).
2. Kawasaki M, Nakamoto T,Notomi T, Hayata T, Ezura Y, M. Noda M. Expression of Ift88, a Cilia Component Gene, Is Under Temporal Regulation Along with the Differentiation of Chondrocytic Cell Line ATDC5. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster).
3. Suzuki T, Notomi T,Miyajima D,Ezura Y,Nakamoto T, Hayata T, Mizuno A, Suzuki M, Mizoguchi F, Izumi Y, Noda M. TRPV4 Deficiency Suppresses Fluid Flow Induced Activation of Calcium Oscillation in a Manner Dependent on Osteoblastic Differentiation. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster).
4. Sakuma T, Hemmi H, Notomi T,Nakamoto T, Hayata T, Ezura Y, Noda M. Role of CIZ in Melanoma Activity for Metastasis. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster). 5. Nakamoto T, Motoyoshi T, Kawasaki M, Sakuma T, Hayata T, Ezura Y, M. Noda M. Molecular mechanism of CIZ actions to exacerbate inflammation in serum-induced arthritis based on formation of positive feedback loop with IL-1 beta. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster).
6. Ezura Y, Hayata T, Nakamoto T, Notomi T, Sekiya I, Muneta T, Noda M. Identification of the Differentially Methylated Promoter and Intragenic CpG-Cytosines in the Human Synovium and Bone Marrow Derived Mesenchymal Stem Cells. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster).
7. Hayata T, Ezura Y, Asashima M, Nishinakamura R, Noda M. Dullard is a novel common negative regulator of BMP signaling in osteoblasts and chondrocytes acting at S
mad1 level independently of caveolae-proteasome pathway. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster). 8. Watanabe C, Morita M, Ezura Y, Nakamoto T, Hayata T, Hemmi H, Notomi T, Moriyama K, Yamamoto T, Noda M. Cnot3, a crucial factor of mRNA stability, controls osteoblastic differentiation. The American Society for Bone and Mineral Research (ASBMR) 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster).
9. Notomi T, Kuno M, Ezuta Y, Noda M. Opto-Functional Control of Intracellular RANKl Transport/Secretion in Osteoblasts To Enhance Coupling With Osteoclasts Based on Photo-Energy Conversion of Molecularly-Engineered Channel-Rhodopsin. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster).
10. Miyajima D, Hayata T, Suzuki T, Ezura Y, Nakamoto T, Notomi T, Amagasa T, B嗾tcher RT, F郭sler R, Noda1 M. Conditional Profilin1 Deficiency in Multiple Cell Linages of Mesenchyme Origin Based on Prx1-Cre System Severely Disrupts Axial and Appendicular Skeletal Development. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Poster).
11. Aryal S, Miyai K, Ezura Y, Hayata T, Nakamoto T, Pawson T, Noda M. Nck, Actin Cytoskeleton Protein, Supports Osteoblastic Bone Increment and Suppresses Osteoclastic Bone Loss. ASBMR 2011 Annual Meeting, San Diego, USA, Sep 16-20, 2011 (Oral). 12. Hanyu R, Nagao M, Saita Y, Kurosawa H, Kaneko K, Noda M. Anabolic action of PTH signaling on bone activated expression of a clock gene, Per-1. Inaugural International Academy of Sportology, Tokyo, Mar 5, 2011 (Poster).
国内学会発表
1. 川崎真希理、中元哲也、納富拓也、早田匡芳、江面陽一、野田政樹。軟骨細胞ATDC5において炎症誘導因子LPSはIL-1βによるCIZ発現を制御する。第29回日本骨代謝学会、大阪、平成23年7月28-30日。
2. 渡辺千穂、森田斉弘、江面陽一、中元哲也、早田匡芳、辺見弘明 、納富拓也、森山啓司、山本雅、野田政樹。 mRNA制御因子であるCnot3 は骨量制御に関与する。第29回日本骨代謝学会、大阪、平成23年7月28-30日。
3. 鈴木允文、納富拓也、溝口史高、宮嶋大輔、早田匡芳、中元哲也、江面陽一、和泉雄一、野田政樹。TRPV4はメカニカルストレス下での骨芽細胞におけるカルシウムイオン流入を延長する。第29回日本骨代謝学会、大阪、平成23年7月28-30日。
4. 納富拓也、久野みゆき、江面陽一、野田政樹。光エネルギー変換による任意の時間・空間でのRANKL分泌制御法の確立 -膜電位変動によるRANKL分泌機構-。第29回日本骨代謝学会、大阪、平成23年7月28-30日。
5. 早田匡芳、江面陽一、野田政樹。BMP阻害因子Dullardは、カベオリンープロテアソーム経路とは独立にBMPシグナルを抑制する。第29回日本骨代謝学会、大阪、平成23年7月28-30日。
6. 中元哲也、元吉貴之、川崎真希理、佐久間朋美、早田匡芳、江面陽一、野田政樹。CIZとIL-1βは相互に発現を誘導し、関節炎に関与する。第29回日本骨代謝学会、大阪、平成23年7月28-30日。
7. 江面陽一、納富拓也、早田匡芳、中元哲也、Richard J. Wenstrup、David E. Birk、野田 政樹。エーラースダンロス症候群「古典型」のモデル実験系として知られる５型コラーゲンα１鎖遺伝子へテロ欠損マウスの骨形態解析。第29回日本骨代謝学会、大阪、平成23年7月28-30日。
8. 鈴木允文、納富拓也、野田政樹、和泉雄一。Mechanical stressに関与するイオンチャネルTRPV4の歯槽骨における役割の解明。第54回秋季日本歯周病学会、山口、平成23年9月24日。
9. 宮嶋大輔、天笠光雄、野田政樹。四肢-胸郭間葉系細胞におけるProfilin1欠失マウスは重度骨格形成不全を示す。第56回日本口腔外科学会総会・学術大会、大阪、平成23年10月21-23日。
プレスリリース 1. 「骨粗鬆症における交感神経作用のメカニズムの解明」2011年10月11日。東京医科歯科大学プレスリリース。http://www.tmd.ac.jp/press-release/20111011/index.html
新聞
1. 「骨粗鬆症 仕組み一部解明」朝日新聞2011年10月17日。
2. 「骨粗しょう症 原因物質を解明 東京医科歯科大 マウスで実験」日経産業新聞2011年10月19日。
3. 「運動刺激ないと骨萎縮 関与分子の機能を特定」科学新聞 2011年10月21日。
国際招待講演
1. 野田政樹：Control of Osteoblastic Function via Local and Central Mechanisms. The American Society for Cell Biology Annual Meeting, Denver, CO, USA, 2011年12月3日。
国内招待講演
1. 野田政樹：第19回顎顔面バイオメカニクス学会大会 特別講演演題：骨のメカニカルストレス応答の細胞生物学。2011年11月13日。
2. 野田政樹：第18回BMP研究会 特別講演 演題：BMPにおける骨形成とEP4。2011年7月31日。
3. 野田政樹：杉並区医師会整形外科医会 講演会 演題：骨粗鬆症の新しい治療。2011年5月23日。
4. 野田政樹：岡山大学 特別講義 演題：骨形成の分子機構。2011年1月18日。
5. 野田政樹：岡山大学 大学院セミナー / ECM Society / ITPセミナー。演題：骨関節疾患の基礎研究。2011年1月18日
主催国際学会
1. 第5回グローバルCOE国際シンポジウム「臨床経験からみた軟骨再生研究-国際比較と近未来」東京医科歯科大学M&Dタワー大講堂。平成23年2月3日。
主催セミナー
1. 第222回Bone Biology Seminar.鹿島田健一「The role of a Forkhead transcription factor, FOXL2, during fetal ovarian development」平成23年5月17日。
2. 第223回Bone Biology Seminar. Arthur C. Santora II「Drug Development for Osteoporosis」平成23年6月20日。
3. 第224回Bone Biology Seminar. David E. Birk「Regulation of tendon extracellular matrix assembly」平成23年8月11日。
競争的研究資金
1. 野田政樹「顎骨形成促進への新戦略の分子機構研究」挑戦的萌芽研究
2. 野田政樹「オステオポンチン機能仮説の検証」日本宇宙フォーラム
3. 野田政樹（研究代表者）「歯と骨の分子疾患科学の国際教育研究拠点」グローバルCOEプログラム
4. 野田政樹（取組責任者）「硬組織疾患プロジェクト」特別教育研究経費によるプログラム
5. 野田政樹（研究分担者）「滑膜幹細胞による膝半月板再生」文部科学省再生医療の実現化プロジェクト 再生医療の実現化ハイウェイ
6. 江面陽一「変形性関節症の治療を目指す間葉系幹細胞エピジェネティクスに関する分子生物学的解明」基盤研究(C)
7. 中元哲也「転写因子CIZによる副甲状腺ホルモンの骨への作用の制御」基盤研究(C)
8. 早田匡芳「Dullardによる新規BMP/TGF-βシグナル抑制機構の発見と軟骨代謝制御」科学研究費補助金 若手研究(B)
9. 納富拓也「神経伝達物質受容体・イオンチャネルによる電位変化を伴う力学的負荷感知機構の解明」科学研究費補助金 若手研究(B)