Bone and tooth differentiation induced by BMP and rapamycin

BMP和雷帕霉素诱导骨和牙齿分化

基本信息

批准号：
19K10177
负责人：
大井田新一郎
金额：
$ 2.58万
依托单位：
Tsurumi University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

骨および歯の形成へのBMPとラパマイシンの相互作用を調べるため引き続き以下の実験を繰り返し行い結果の再現性を確認した。骨の形成に関しては、マウスの筋由来の骨芽細胞系株細胞(C2C12)を用いて実験を行った。アルカリホスファターゼ(ALP)を指標として骨芽細胞への分化誘導能を検討し、リン酸およびカルシウムの測定により硬組織形成の促進効果を検討した。その結果、BMPおよびラパマイシンはそれぞれ単独でもALP活性を上昇させ、石灰化を促進した。以上の結果から、BMPとラパマイシンは未分化細胞を骨芽細胞へと分化させ、さらに硬組織形成に至る高度な分化を促進することが確認された。また、BMPとラパマイシンを同時に投与すると著しい相乗効果が認められた。これらの骨芽細胞への分化誘導効果はBMPもしくはラパマイシンの阻害剤で明確に阻害された。歯の形成については、ブタ歯髄由来の象牙芽細胞様株細胞(PPU-7)を用いた３次元培養とマウスの歯胚を用いた器官培養の2種類の方法でその効果を検討した。その結果PPU-7を用いた３次元培養ではBMPにより細胞塊は球形に大きく成長し、非脱灰標本では厚い細胞層に囲まれて中心部に有機質を含む石灰化組織が観察された。ラパマイシンを投与すると中心部の石灰化はさらに促進するが、周りの細胞層は薄くなり球形細胞塊は小さく縮小した。またマウスの歯胚を用いた器官培養でも同様の効果が認められた。これらの効果はBMPとラパマイシンの阻害剤で明確に阻害された。以上の結果から、BMPとラパマイシンは未分化細胞から骨芽細胞および歯の象牙芽細胞への分化とさらに高度な分化機能である硬組織形成を促進するとが示唆された。今後引き続きこれらの作用の分子メカニズムを検討する計画である。

为了研究BMP和雷帕霉素在骨骼和牙齿形成上的相互作用，继续重复以下实验以确认结果的可重复性。关于骨形成，使用源自小鼠肌肉的成骨细胞（C2C12）进行实验。使用碱性磷酸酶（ALP）作为指标，研究了诱导成骨细胞分化的能力，并通过测量磷酸盐和钙来研究促进硬组织形成的效果。结果，BMP和雷帕霉素单独增加ALP活性，从而促进钙化。从上述结果可以证实，BMP和雷帕霉素将未分化的细胞分化为成骨细胞，进一步促进了高水平的分化导致硬组织形成。此外，当同时给予BMP和雷帕霉素时，观察到显着的协同作用。 BMP或雷帕霉素的抑制剂明显抑制了这些对成骨细胞的分化作用。关于牙齿的形成，使用两种方法研究了效果：使用小鼠牙齿细菌衍生自猪浆和器官培养的Odontoblast样细胞系（PPU-7）的三维培养。结果，在使用PPU-7的三维培养中，由于BMP，细胞质量在球形形状上大大生长，在未固定的标本中，在厚细胞层包围的中心观察到了含有有机物的钙化组织。雷帕霉素的给药进一步促进了中心区域的钙化，但周围的细胞层较薄，球形细胞质量较小。使用小鼠的牙齿细菌在器官培养中也观察到了相同的作用。 BMP和雷帕霉素的抑制剂明显抑制了这些作用。这些结果表明，BMP和雷帕霉素促进了未分化的细胞分化为成骨细胞和牙齿牙胶细胞的分化，以及硬组织的形成，这是一个更高级的分化功能。我们计划将来继续研究这些作用的分子机制。