機能性蛍光プローブによる骨代謝関連細胞の機能解明

使用功能性荧光探针阐明骨代谢相关细胞的功能

基本信息

批准号：
14J00794
负责人：
前田拓樹
金额：
$ 1.41万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2016-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J00794/
关键词：
破骨細胞 pH応答性蛍光プローブ二光子励起顕微鏡

项目摘要

骨粗しょう症や関節リウマチといた骨疾患は、人々の暮らしの質を著しく低下させることから、疾患原因の解明や治療薬開発が進められている。その過程で、骨吸収細胞である破骨細胞の機能異常（過剰な骨吸収）が骨疾患を誘発することが解明された。しかしながら、生体内における破骨細胞機能については、未だに未解明な部分も多く存在する。そこで本研究では、破骨細胞の骨吸収活性を蛍光強度変化によって解析可能な蛍光プローブの開発に取り組んできた。開発したプローブは、破骨細胞により形成された酸性領域を捉えるpH感受性と骨組織選択的送達能を有し、生体への注射による投与が可能である。分子構造を量子化学計算により緻密に設計することで、生きたマウス体内の破骨細胞活性を検出可能なプローブの開発に成功した。従来の骨破壊モデルでは、不活性破骨細胞は運動性が高く、活性化破骨細胞は静的状態を保つと考えられていた。しかしながら、開発したプローブと二光子励起顕微鏡を用いて、活性化破骨細胞の酸性領域を連続的に観察すると、静的状態を保つ細胞に加えて、細胞形状と酸性領域の位置が大きく変化する動的な細胞が存在した。この結果から、活性化破骨細胞は動的な状態と静的な状態を行き来しながら骨破壊を行うと考えられ、動的な活性化破骨細胞が骨破壊メカニズムにおいて重要な役割を果たすと示唆される。また、ATPase阻害剤により活性化破骨細胞のプロトンポンプ機能を阻害した際の、細胞の運動性に対する影響を検討した。その結果、静的状態の活性化破骨細胞は、酸性領域が消失した後も動的状態に移行せず、静的状態を保つことが明らかとなった。これは、破骨細胞の動的または静的状態への移行を鍵として、酸性領域の形成、消失が制御されることを示唆している。このように、本研究で開発したプローブは、骨吸収メカニズムを解明する強力なツールとして、幅広く社会に貢献できると考えられる。

骨质疏松症，类风湿关节炎和骨骼疾病可显着降低人们的生活质量，并且正在澄清疾病的原因，并正在进行治疗药物的发展。在此过程中，揭示了破骨细胞的异常（骨吸收过多），即骨吸收细胞，诱导骨骼疾病。但是，体内破骨细胞功能仍然存在许多未知方面。因此，在这项研究中，我们一直在努力开发一种荧光探针，该探针可以通过改变荧光强度来分析破骨细胞的骨吸收活性。开发的探针具有pH敏感性，可以捕获由破骨细胞形成的酸性区域，并具有选择性地递送骨组织的能力，从而可以注射到活生物体中。通过仔细设计了使用量子化学计算的分子结构，我们成功地开发了一种可以检测活小鼠中破骨细胞活性的探针。在传统的骨骼破坏模型中，人们认为无活跃的破骨细胞是高度运动的，而活化的破骨细胞仍然静态。但是，当我们不断地使用开发的探针和两光子激发显微镜观察活化破骨细胞的酸性区域（除了保持静态的细胞外，还有动态细胞都具有较大的细胞形状变化，并且酸性区域的位置变化。该结果表明，活化的破骨细胞在动态和静态状态之间移动时起着骨骼破坏，并且动态激活的破骨细胞在骨骼破坏机制中起着重要作用。此外，研究了ATPase抑制剂对细胞运动性抑制活化破骨细胞的质子泵功能的影响。结果，揭示了静态状态的活化破骨细胞也不会过渡到动态状态，即使酸性区域消失并保持静态状态。这表明酸性区域的形成和消失受到控制，关键是向整骨细胞的动态或静态状态的过渡。因此，这项研究中开发的探针被认为能够为广泛的社会做出贡献，作为阐明骨吸收机制的强大工具。