脊椎骨と大腿骨などの長管骨は、発生学的に由来が異なります。しかしながら、これまでに、脊椎骨と長管骨の骨格系幹細胞は、同じ特性を持っているのかどうかは不明でした。今回の論文では、従来の骨格系幹細胞集団からをさらに厳密に「未分化な」幹細胞を定義することができるエンビギンというマーカータンパク質が同定されました。骨格系幹細胞として分取されていた細胞群には、エンビギンという遺伝子が高く発現する細胞と低く発現する細胞が存在していて、エンビギンを低く発現している細胞が、より未分化性の高い骨格系幹細胞でした。さらに、脊椎骨由来の骨格系幹細胞を特徴づける遺伝子として、Pax1とZic1が同定されました。

骨は、がん細胞が転移する臓器で、患者さんの生活の質を著しく低下させます。前立腺がん、乳がん、肺がんどの様々ながんは、長管骨よりも脊椎骨に転移しやすい傾向にありますが、その理由は不明でした。今回、脊椎骨の骨格系幹細胞には、Mfge8という細胞外タンパク質が多く発現していて、そのMfge8が、がん細胞を引き寄せているということがわかりました。

最後に、ヒトでもマウスと同じように、脊椎骨に特有の骨格系幹細胞が存在していて、それらがやはりMFGE8を発現していて、がん細胞を引き寄せているということがわかりました。

今回の論文も、様々な角度から研究がなされており、骨格系幹細胞の研究を進めるうえで、非常に重要な論文になると思われます。Mfge8のノックアウトマウスは、骨代謝に影響が出なかったので、脊椎骨の骨格系幹細胞になぜMfge8が発現していて、がん細胞を引き寄せてしまうのかは、今後の研究課題です。また、骨格系幹細胞がどのように未分化状態を保ち、またどのように分化を開始するのか、その制御機構も今後の課題であると思われます。

非常に重要な論文なので、Extended Figuresを含み、すべての内容を説明しましたので、二回に分けて論文抄読会を行いました。。。

長時間の抄読会、失礼しました。

ALSは進行性の運動機能低下、呼吸不全、発症から3~4年での死に特徴づけられる神経変性疾患です。ALSのほとんどすべての症例で、運動ニューロンやその他の細胞において、RNA結合タンパク質であるTDP-43の核内消失や細胞質内封入が見られます。TDP43をノックダウンもしくは機能障害させたとき、ヒト運動神経において最も下方制御されている転写産物としてSTMN２が同定されました。STMN2の欠損がALSの病態形成に寄与しているという仮説を検証するために、恒常的STMN2 KOマウスと条件付きSTMN2 KOマウスを作製しました。STMN2の恒常的な欠損は、早発性の感覚・運動神経障害を引き起こし、運動が障害され、ALSで選択的に脆弱となる速筋疲労性運動単位の遠位神経筋接合部が劇的に変性します。しかし軸索や運動ニューロンは変性しない。またこれらの重症度はSTMN2用量依存的であり、STMN2 KOヘテロ接合体マウスは機能障害とNMJ脱神経を伴う緩徐進行性の運動選択性神経障害を示します。運動ニューロンにおけるSTMN2の選択的欠損は、同様のNMJ病態を引き起こします。

このように、今回の研究結果は、TDP-43病態によるSTMN2の減少がALS病態形成に寄与しているという仮説を強く支持します。

カイモグラフを用いて伸長速度を算出するのが興味深かったです。以前発表されていた方ではウェスタンブロットを用いて重合について調べていたので、目的は同じでも解析方法は一つではないことを学ぶことができました。また、NMJが形がわかるくらい、はっきり染色されていてきれいでした。軸索を数える実験や生存率を調べる実験などはすぐにできそうだと思いました。

本日のEnglish seminarは、European Congress of Pathology 2022より、「希少骨疾患の診断で遭遇する共通課題の克服」の演題を取り上げました。当研究室で扱う疾患について、実際の症例や、診断における課題など、臨床的な視点から説明されていました。

1. 進行性骨化性線維異形成症（FOP）は、骨格筋や筋膜などの線維性組織が進行性に骨化する希少疾患です。その原因として、ACVR1/ALK2遺伝子変異が報告されています。X線写真では異所性骨化が観察されます。異所性骨化は免疫反応によって誘発されるため、侵襲的な医療処置は避けられます。しかし、がんと誤診され生検が行われるなどの事例があり、FOPの認知度の低さが課題になっています。

2. FGF23はリン代謝に関わる重要なホルモンです。FGF23が関わる疾患には遺伝性のX染色体連鎖性低リン血症性くる病・骨軟化症（XLH）や、腫瘍性低リン血症性くる病・骨軟化症（TIO）があります。特にTIOは、他の骨疾患と誤診されやすく、長期にわたって症状が悪化した事例があります。臨床基準に従うだけでなく、病歴や遺伝的背景も考慮した診断が求められます。

3. 低ホスファターゼ症は組織非特異的アルカリホスファターゼ酵素(ALP)の遺伝子変異を原因とする遺伝病です。ALPの機能喪失により、ピロリン酸からリン酸が生成されなくなります。ピロリン酸が蓄積し、血中や組織中のリン濃度が低下することで、骨の石灰化が阻害されます。骨以外にも、筋力低下や腎障害など全身に多様な症状が現れるため、患者に合わせた適切な治療法が必要とされます。

膵臓がん細胞は、GOT1駆動型の特徴的な代謝経路を再配線します。GOT1は非悪性細胞では不要ですが、膵臓がん細胞の酸化還元バランスと増殖に不可欠です。GOT1とそれに関連する代謝ネットワークは、魅力的な治療の標的となる可能性があります。そこで、膵臓がんのこの特徴を利用し、GOT1ノックダウン細胞における標的代謝阻害剤の検査により、外因性シスチン、グルタチオン、および脂質抗酸化機構がGOT1阻害後の生存に不可欠であることが発見されました。

GOT1阻害は、シスチンの取り込み阻害剤または脂質抗酸化機構との組み合わせにより、酸化的、非アポトーシス的、鉄依存性の細胞死であるフェロトーシスを引き起こしました。そして、GOT1の阻害がミトコンドリアの酸化的リン酸化を阻害し、異化状態を促進することを突き止めました。その結果、細胞は遊離鉄を増やし、フェロトーシスに対する感受性を高めました。

フェロトーシスにおけるGOT1の役割は、他のいくつかの腫瘍においても以前からの研究の対象となっています。フェロトーシス感受性に影響を与える因子を明らかにすることは、がん治療への応用のために重要です。

変形性関節症（OA）は、軟骨の摩耗や骨棘の形成などにより疼痛を伴う疾患であり、80歳以上ではほとんどの人が経験するとされています。これまでの治療薬としては、対症療法のみであり、局所へのヒアルロン酸注入を行うこともありますが、根本的な治療は出来ず、疼痛・軟骨どちらに対しても効果的な治療薬が求められます。疼痛は、末梢の温感に関与するTRPチャネルや電位依存性Naチャネル（VGSC）が関わっていますが、軟骨におけるVGSCの研究はほとんどされていませんでした。

本研究では、OA患者でRNA-seqを行い、上昇してきたVGSCであるNav1.7に着目しました。軟骨細胞の電気生理学についても解析すると、Nav1.7は軟骨細胞におけるVGSCで最も活性が強いことが明らかとなりました。バイオロジカルな機能を検討するため、Nav1.7を軟骨または後根神経節特異的にKOするためのAgc1-Cre、Nav1.8-Creを使用してKOマウスを作成し、さらにOAを誘発させる半月板損傷（DMM）またはヨード酢酸投与（MIA）モデルを利用して解析しました。Agc1-Cre、Nav1.8-Creを用いたKOマウスは、OAの軟骨の改善、疼痛の改善が見られました。単独でCreを用いた場合、Agc1-Creでは、軟骨・疼痛のどちらも改善することが出来ましたが、Nav1.8-Creでは、軟骨の改善は見られないものの、疼痛の改善は見られました。さらに、Nav1.7の選択的阻害剤および臨床で用いられるNaチャネル阻害剤のカルバマゼピンを投与すると、OAの軟骨・疼痛を改善することを確認しました。次に、Nav1.7阻害によるOA改善の機序を調べるために、Nav1.7阻害後の軟骨細胞培養上清で分泌されたタンパク質（セクレトーム）を分子量100kDa以上、100kDa-30kDa、30kDa-10kDa、10kDa以下の4つに分けてそれぞれを培養軟骨細胞に与え、機能を調べると、100kDa-30kDaにおいて軟骨関連遺伝子の上昇、30kDa-10kDaでは破軟骨関連遺伝子の減少を確認しました。これらに寄与するタンパク質を同定するために、LC/MSを行うと、HSP70とMidkineがそれぞれで上昇しました。HSP70とMidkineを阻害すると、Nav1.7阻害剤投与で見られたOAの改善が見られなくなりました。Nav1.7阻害で上昇するHSP70とMidkineの産生機序を検討するため、Caイオン濃度に着目すると、Nav1.7阻害でCaイオンの濃度が細胞内で低下していることと、HSP70、Midkineの産生がされなくなることを見出しました。さらに、Caイオンを制御するNCXファミリータンパク質に着目し、siRNAを用いたNCX1を枯渇させると、Nav1.7阻害を行ってもHSP70とMidkineが生成されなくなりました。

以上のことから、Nav1.7阻害は細胞内のCa濃度を高くすることで、HSP70とMidkineを産生させ、OAの病態を改善させていることが明らかとなり、Nav1.7阻害剤がOA治療薬になることを示唆しています。

セクレトーム解析は非常に興味深かったです。軟骨細胞の分泌タンパク質でOA改善機能を持つものを同定し、それらのOA軟骨における機能と分泌されるメカニズムを示しており、きれいな結果であったと思います。カルバマゼピンを用いるなどの臨床応用を視野に入れた研究は、高いインパクトを持つと思いました。

ALS-FTDの神経病理学的特徴として、TDP43の核から細胞質への 局在変化と細胞質内異常凝集があります。TDP43は通常、核内でRNAのプロセシングに関わっています。今回のセミナーでは、ALS-FTDにおけるTDP43病態とオートファジーによる異常凝集の除去について述べられています。

動画の前半では、TDP43の局在の異常とRNAのプロセシング異常の相互作用について示されています。TDP43標的RNAの大部分にメチル化（m6A修飾）を 見出し、孤発性ALS剖検脊髄で広範なRNAの過剰メチル化を発見されています。

動画の後半では、オートファジー抑制因子であるMTMR5の神経細胞における役割について説明されています。神経変性疾患で蓄積する毒性のあるタンパク質を除去する治療法としてオートファジーの活性化が期待されていますが、神経細胞ではオートファジー誘導されにくいことが知られています。発表者らは、神経細胞でオートファジーを抑制しているMTMR5という脱リン酸化酵素を見出しました。MTMR5の欠損はTDP43のオートファジーによる分解を促進することが示され、神経変性疾患の治療につながることが期待されます。

今回の動画で、TDP43の役割に関する知識が深まりました。TDP43の局在の変化について、オートファジーに着目することも面白いと感じました。

膵臓癌は致死率の高い消化管癌であり、生存率は７％未満です。ゲムシタビンベースの化学療法は膵臓癌の治療選択肢の中心ですが、ゲムシタビン耐性という課題があります。そのため、膵臓癌とゲムシタビン耐性の根底にある分子メカニズムの理解を深める必要があります。

snoRNA（核小体低分子RNA）は、リボソームRNAやその他の細胞内RNAの転写後修飾と成熟に関与しており、最近の研究では、膵管腺癌（PDAC）、乳癌、大腸癌などの様々な癌において、snoRNAが発癌性の役割がある可能性が提唱されています。RRP9/U3-55Kタンパク質はU3snoRNA関連タンパク質ですが、膵臓癌の薬剤耐性におけるRRP9の役割は不明です。

また、IGF2BP1（インスリン様成長因子2ｍRNA結合タンパク質）は、胚発生や発癌において重要な役割を担っており、AKTシグナル伝達経路を介してPDAC細胞の増殖を促進することが示唆されています。しかしながら、膵臓癌におけるゲムシタビン耐性の促進におけるIGF2BP1の役割については報告されていません。　　　　　　　　　

そこで著者らは、RRP9の発現が膵臓癌で増加し、RRP9がIGF2BP1のin vitroおよびin vivoでゲムシタビン耐性を促進することを発見しました。その機序として、RRP9がIGF2BP1のDNA結合領域と相互作用することによりAKTシグナル伝達経路を活性化することを示しました。本研究はRRP9を標的とすることにより、膵臓癌の潜在的な治療戦略を提供する可能性が期待されます。

健常な肝臓では、門脈を介して腸管から侵入してきた腸内細菌や関連物質による炎症を防ぐことができますが、そのメカニズムについてはほとんど不明でした。本研究では、門脈付近のクッパー細胞が、腸内細菌などによって引き起こされる炎症から肝臓を保護することが明らかになりました。

著者らは、肝臓の生体イメージング技術を用いることで、門脈域では中心静脈域よりも炎症反応が抑制されていることを見出しました。このことから、それぞれの領域の細胞を蛍光標識により回収する技術を確立し、シングルセルRNA-seqを行ったところ、門脈域には抗炎症性サイトカインであるIL-10とスカベンジャー受容体であるMarcoを高発現するクッパー細胞の亜集団が局在することが分かりました。この高発現していたMarcoは、細菌を捕食するとともに、IL-10の発現を増強させました。また、Marco陽性のクッパー細胞は、二次胆汁酸のイソアロリトコール酸によって増えることが明らかになりました。最後に、Marco欠損マウスでは、原発性硬化性胆管炎様の炎症表現型がもたらされることが示されました。

以上の結果から、常在細菌が門脈近傍の免疫抑制性クッパ―細胞を誘導し、その結果、肝臓の入り口で過剰な炎症を防ぐことが示唆されました。本研究において、門脈近傍の免疫抑制性マクロファージによる生体防御機構が明らかになったことで、肝臓の炎症性疾患に対する予防や治療法の開発への応用が期待されます。

JERAD M. GARDNER, MD (Associate of Geisinger Medical Laboratories at Geisinger Medical Center) の骨病理学のレクチャー動画を紹介しました。

まず、病理医にとって骨病理が難しい4つの理由を挙げました。1. 軟部腫瘍は稀であるが、骨腫瘍はもっと稀である。2. 病理学は放射線学との関連で解釈されなければならない。3. 治療法は診断によって多きく異なることが多い。4. 完全切除は、軟部腫瘍よりも困難である。骨病理学のルールとして病理所見と放射線所見を比較しなければならないことを強調しておりました。また、骨組織では骨肉腫と軟骨肉腫が多く、骨肉腫は子供や10代に多いですが、落とし穴として、炎症などに反応して生成された新生骨は骨肉腫と組織像が似ていることなどから、病理所見だけでなく、放射線像、臨床的背景が重要であることを重ねて強調しておりました。軟骨肉腫はグレード3は稀で、グレード1の低悪性度軟骨肉腫は良性腫瘍と病理所見は同じなので、こちらも臨床所見が重要であり、X線検査による鑑別とIDH1/IDH2変異検査は軟骨肉腫鑑別に非常に有用であると主張していました。マウスのフェノタイプ解析に組織学的・病理学的知識は非常に有用であると考えていますので、今後も病理学的なレクチャーを紹介できればと考えております。

本日のEnligsh seminarでは、「破骨細胞における代謝とシグナル伝達」という2023年のアメリカ骨代謝学会の口頭発表の録画を視聴しました。これまでは、破骨細胞の分化に関し、転写因子やシグナル伝達に着目されてきていましたが、最近では、代謝に着目した研究が盛んに報告されるようになってきました。１番と２番の演題は、それぞれNature Metabolism、Nature Communicationsに論文が発表されています。

1

本研究により、破骨細胞におけるRANKL誘導性の代謝-エピジェネティック連関メカニズムが明らかになり、セリン合成経路依存的なα-ケトグルタル酸の合成がヒストンの脱メチル化とNfatc1転写に関連していることがわかりました。さらに、律速酵素であるホスホグリセリン酸デヒドロゲナーゼ(PHGDH)の阻害はエストロゲン欠乏による骨量減少を抑制することから、セリン合成経路の調節が骨粗鬆症の治療戦略として有望であることが示唆されました。

2

骨髄細胞における脱ユビキチン化酵素BRCA1関連タンパク質1（Bap1）の欠失（Bap1∆LysM）が、破骨細胞の機能を停止させるが、形成は停止させないことを発見しました。Bap1欠損破骨細胞は、シスチントランスポーターであるSlc7a11のプロモーターのユビキチン化ヒストンH2Aの占有を増強することにより、その機能をアップレギュレートしました。Slc7a11は、細胞の活性酸素種レベルを制御し、ミトコンドリアの代謝産物をクエン酸回路から方向転換させます。このように、破骨細胞においてBAP1はエピジェネティックな代謝軸を制御しているようであり、骨粗鬆症患者において骨形成を維持しながら骨吸収を抑える潜在的な標的であると考えられます。

3

破骨細胞のシングルセルRNA-seq解析を実施し、代謝、吸収、免疫特性において明らかに異なる2つの破骨細胞の亜集団の存在を明らかにしました。その割合は卵巣摘出マウスとコントロールマウスで異なりました。これらの知見は、病的な骨喪失に対する治療アプローチを改善するために、病的な破骨細胞のサブセットを標的とする可能性を支持します。

4

NADHのNAD+への酸化は、複合体Iの活性と電子伝達連鎖によるATPの生成に不可欠です。本研究では、エストロゲンの抗破骨細胞形成作用に対するNAD+代謝の寄与を検討しました。マクロファージ系で、NAD+のレベルを低下させたマウスでは(LysM-Cre; Nampt)、卵巣摘出による骨減少が抑制されました。これらの結果は、破骨細胞におけるNAD+レベルの増加が、エストロゲン欠乏症における骨吸収の増加に寄与していることを示唆しています。

5

ビタミンKは、骨粗鬆症の治療薬としても知られています。作用機序は、オステオカルシンのγ―カルボキシ化を促進することによるものとされていますが、今回の研究では、オステオカルシンではない別のタンパク質Gas6が骨代謝改善作用に重要そうだということが明らかにされました。γ-カルボキシラーゼ(GGCX)遺伝子を骨芽細胞特異的に欠損したマウスの骨は、骨量増加を示しましたが、これは、破骨細胞の減少によるものでした。一方、この表現型は、オステオカルシン欠損骨芽細胞とは異なる表現型であることから、別のγ―カルボキシ化を受けるタンパク質であるGas6に着目しました。その結果、骨芽細胞において、Gas6というタンパク質がγ-カルボキシ化を受けて、破骨細胞の前駆細胞に働きかけて、前駆細胞の融合に必須であることが示されました。本研究により、Gas6が破骨細胞の成熟を制御する新規の骨芽細胞由来γ-カルボキシ化タンパク質であり、ビタミンKの骨代謝改善作用を仲介する可能性が明らかになりました。

骨格幹細胞/前駆細胞（SSPC）の老化は、加齢に伴う骨再生能力の低下の主な原因ですが、SSPCの老化の原因は依然として不明です。著者らのグループは以前、炎症促進性サブタイプや老化サブタイプによって産生されるGCAが、PLXNB2を介して骨の代謝回転を抑制することを報告しました。本研究では、カルスのマクロファージが加齢に伴いグランカルシン（GCA）を分泌することでSSPCの老化を引き起こし、骨折治癒を阻害することを明らかにしました。

若齢マウスにヒトrGCAを局所注射すると、SSPCの老化が誘導され、骨折修復が遅れました。また、単球/マクロファージにおけるGcaの遺伝子欠失は、SSPCの老化を軽減させ、高齢マウスの骨折修復を若返らせました。メカニズムとしては、GCAがプレキシンB2受容体に結合し、Arg2を媒介してミトコンドリアの機能不全を誘導することで、細胞老化や骨軟骨形成能の欠陥を引き起こすことが示唆されました。 一方で、GCAの中和抗体投与により、高齢マウスの骨折治癒は改善されました。

以上の結果から、カルス内の老化マクロファージがGCAを分泌し、PLXNB2を介してSSPCの老化を誘導することで、骨折治癒を阻害することが示唆されました。本論文において、GCAの中和抗体がSSPCの老化や骨折治癒を改善したことから、高齢者の癒合不全または癒合遅延に対する有望な治療法として期待されます。また、GCAが他の組織の老化に与える影響や、GCAの中和抗体が他の骨系統疾患に与える影響について、さらなる研究が期待されます。

頭蓋骨縫合早期癒合症は頭頂部の縫合部が早期に癒合する疾患群です。頭蓋骨縫合早期癒合症において、癒合を促進する骨芽細胞を産生する頭蓋側頭骨幹細胞の正体はまだ十分に解明されていません。本研究では頭蓋骨縫合早期癒合症における生理的な頭蓋骨の石灰化と病的な頭蓋骨の癒合の両方が、２つの異なる幹細胞系の相互作用を反映していることを示しました。それは以前に同定されたカテプシンK系統の幹細胞と本研究で同定したディスコイジンドメイン含有受容体２(DDR2)系統の幹細胞です。ヒトの頭蓋骨縫合早期癒合症に関連する遺伝子であるTwist1をCTSK+のCSCｓのみで欠失させることはマウスで頭蓋骨縫合早期癒合症を起こすには十分ですが、癒合する運命にある部位においてはCtsk＋CSCsの予期しない枯渇とそれに対応するDDR2+CSCsの拡大が見られ、DDR2+CSCsの拡大はCtsk+CSCsの枯渇に対し、直接的に適応していない反応です。DDR2+CSCsは完全な幹細胞性を示し、私たちの結果は縫合には２つの異なる系統の幹細胞系が存在し、両方の集団が生理的な頭蓋骨の石灰化に寄与していることを立証しました。DDR2+CSCｓは典型的な造血骨髄形成を伴わない別の軟骨内骨化を媒介します。縫合部へのDDR2+CSCsの移植は癒合を誘導するのに十分であり、この表現形はCTSK+CSCsの共移植によって阻止されました。最後にヒトのDDR2+CSCｓとCTSK+CSCsは異種移植アッセイにおいて保存された機能的特性を示しました。これら2つの幹細胞集団の相互作用は頭蓋骨の石灰化と縫合の開存性を調節するための新しい生物学的インターフェースを提供します。

ヒト上科動物は進化に伴い尾を喪失しましたが、その遺伝的メカニズムは未解明です。本研究は、ヒト上科動物とそれ以外の霊長類を比較したゲノミクス解析により、ヒト上科動物特異的に、TBXT遺伝子の特定の部位にAluY配列が挿入された配列が存在することを同定しました。この挿入により、TBXTのExon6が欠損する選択的スプライシングが誘発されます。この変異が尾の表現型に影響するかを調べるために、TBXTの完全長型、エキソン欠損型の両方を発現するマウスモデルを作製しました。この結果、表現型として尾を持たない、もしくは喪失したマウスが確認されました。したがって、エキソン欠損型Tbxt遺伝子の転写産物が尾の喪失に関わる可能性が示唆されました。ただし、安定して尾が欠損する表現型を示すようになるには、他の変異が関与していると推測されます。

骨の発生では、間葉系細胞の凝集後に軟骨細胞へと分化し、肥大化軟骨細胞になるとVEGFを発現することで、血管をリクルートしますが、これには軟骨部位へと浸潤する必要があります。しかし、これまで軟骨の分解に寄与する細胞は議論がなされており、血管内皮細胞や破軟骨細胞、セプトクラストが挙げられてきていました。特にセプトクラストについては、in vivoまたはin situの評価がなされず、良く分かっていませんでした。

本研究では、発生・再生における軟骨基質の分解に寄与する細胞として、脂肪酸結合タンパク質Fabp5陽性のセプトクラストの由来と分化について解明しました。

セプトクラストは成長板付近の骨・軟骨境界部に存在しており、内皮細胞に隣接していました。また、セプトクラストは血管壁の幹細胞マーカーであるPdgfra, Fabp5陽性でした。電子顕微鏡での観察によると、小胞体が肥厚しており、アクチンフィラメントが豊富でした。3週齢マウスの大腿骨における希少細胞のセプトクラストについて調べるため、scRNA-seqを利用した細胞系譜を検討すると、セプトクラストは造血幹細胞系ではなく、骨端幹細胞由来であることが分かりました。

遺伝子発現に関して、基質分解に関するマトリックスメタロプロテアーゼ、Notch関連遺伝子が高いことが分かりました。そこで、Notchシグナルによってセプトクラストが分化するかを検討するため、血管内皮細胞由来のNotchリガンドであるDll4を骨端幹細胞に投与すると、Notch関連遺伝子だけでなく、セプトクラストで上昇していたFabp5, Mmp9の上昇を確認しました。In vivoの系についても検討するため、血管特異的なDll4の欠損を行うと、セプトクラストが見られなくなりました。以上のことから、セプトクラストの分化には、血管内皮細胞由来Dll4によるNotchシグナルが必要であることが明らかとなりました。

以上は、発生・成長段階でのセプトクラストについて見られており、成体マウスについては、セプトクラストが消失することを示していました。しかし、骨折を起こすと血管の形成に伴って、セプトクラストが再出現することが見られました。本研究は、骨発生・再生における疾患の病態解明に加え、骨折治癒の改善に関する治療戦略に役立つことが期待されます。

セプトクラストの系譜が、造血幹細胞系ではないことが印象的です。セプトクラストの働きとしては、軟骨分解のみが挙げられていましたが、その他にも軟骨細胞の脱分化といった別の役割があると、よりセプトクラストの重要性が示されると思います。まだ知名度が低い細胞ですが、研究対象としては興味深いと思います。

加齢・老化によって循環血液中の様々な成分の量が増減することは知られていましたが、それらの変化が加齢によって起こった結果なのか、加齢を引き起こす原因なのかは不明な点が多いです。今回、筆者らは加齢性疾患では血中濃度が低下することが知られているタウリンに着目し、C57Bl/6Jマウス、アカゲザル、ヒトにおいて加齢性にタウリンの血中濃度が低下することを明らかにしました。さらに、タウリンを投与するとセンチュウ、マウスでは寿命が延長し、アカゲザルでは健康寿命が延長することを明らかにしました。特にマウスではタウリンの投与によって、細胞老化、活性酸素によるDNA損傷、エピジェネティック変化、炎症老化などの加齢性の変化に対しての予防効果が顕著に認められました。したがって、ヒトにおいても若い頃からタウリンを定期的に摂取することで若さが保たれる可能性が考えられました。

現在でもタウリン配合の栄養ドリンクなどが販売されていますが、今後よりいっそうアンチエイジング対策としてタウリンに注目が集まることが期待されます。

Lindsay Dawson, PhD-Inducing joint regeneration at digit amputation wounds in mice

「マウスの指切断創における関節再生の誘導」

事故後の四肢切断は米国で190に1人起こっているとされており、十分な再生は出来ません。しかし、幼児の指先の切断後にはほぼ再生する事例も報告されています。マウスの研究においては、マウスの指先端であるP3での再生はされますが、第一関節より内側に位置するP2での切断では、十分な再生が起こらないことが見られています。

発表者は、マウスの第二指骨を切断し、成長因子ごとの再生への寄与について研究しました。

BMP2は軟骨細胞の増殖を促進し、内軟骨性骨化中心を形成することが明らかにされています。しかし、関節形成は出来ないため、発生段階で関節形成に関与するとされるBMP9による再生を検討すると、BMP9の投与は指先の関節腔の形成が成されました。さらに、FGF8の投与も、内軟骨性骨化中心の形成と関節の形成が成されました。FGF8の投与によって、関節に関するGDF5や関節腔に関するHes2、軟骨関連のPrg4とSox9の遺伝子発現が上昇していることを示しました。以上のことから、組織再生に関わる成長因子とその再生に関わるメカニズムについて示されました。

BMPは局所投与で異所性に骨化を起こすことが出来ますが、軟骨を形成させることについてはほとんど知らなかったです。BMPは14種類あり、BMP2, 4, 6, 7, 9には骨・脂肪分化を起こせますが、BMP3, 8についてはそういった機能はないといったように、それぞれ特徴があります Stem Cells and Development (liebertpub.com)また、BMP9はSox9などの軟骨関連遺伝子をノンカノニカルなシグナル（特にp38）で上昇させることが報告されているようでした。 Wiley Online Library、ScienceDirect今回の発表では、BMP9がPrg4発現を促進することで、関節腔を形成させることを示していました。BMPによる関節・軟骨形成について良く学ぶ機会となりました。さらにFGF8の投与も関節形成などの指骨再生に寄与することが示されており、四肢再生に関する重要な知見が得られました。

Yuuki Imai, MD, PhD-Maintenance DNA methylation in skeletal muscle regeneration

「骨格筋再生におけるDNAメチル化の維持」

筋肉の再生にはPax7陽性のサテライト細胞が必要です。サテライト細胞に関する研究は筋再生に重要で、一般的にサテライト細胞特異的なKOを行うことで、筋再生について検討しますが、サテライト細胞特異的Pax7-Cre（Fan）はCre-controlでも筋再生能が低下していることが報告されているため、コントロールマウスについてよく検討するべきことが示されました。現在は、Pax7-Cre（Gaka）を用いることで、Cre-controlの表現型が出ないようにもされています。

本研究は、DNAメチル化に重要なDnmt1をリクルートするUhrf1の筋再生における機能を示しました。Uhrf1は、DNA片側のみメチル化されているヘミメチル化状態の複製DNAにおいて、Dnmt1のリクルートによるメチル化を起こすような働きを持ちます。これにより、標的遺伝子は転写されなくなり、細胞機能へと影響を与えます。Uhrf1は筋再生時に上昇してくる遺伝子で、これのPax7-Creを用いた欠損は、筋再生が出来ていないことが明らかとなりました。さらに、Uhrf1欠損の筋肉を用いたMBD2-seq解析を行い、標的遺伝子に関してGO解析を行うと、骨化に関する遺伝子が上昇していることが分かりました。さらに、Uhrf1欠損細胞では、Sox9などの発現が上昇していることが見られ、筋分化の低下と増殖抑制が見られました。以上のことから、Uhrf1の欠損は筋再生がうまくいかないことと、DNAのメチル化が筋再生に重要であることが示されました。

Creを入れただけでも表現型が出るということは、これによって実験結果の解釈が大きく変わることもあるので、注意するべき点であった。表現型が出る理由としては、Cre遺伝子の挿入のされ方であり、遺伝子組み換えマウスのノックインのされ方や標的遺伝子の性質によって、表現型が出てしまうようです。Pax７－Creに関しては、ハプロ不全になるためPax7のエクソン部位に挿入されると生体に影響が出てしまいます。遺伝子組み換えについて考えさせられる内容でした。

Sox9の発現が上昇していることは、自分の研究と共通している点であるため、エピジェネティックについても興味を持ちました。

加齢は脊髄関連疾患において重要な因子ですが、この関係のメカニズムはまだ理解されていません。これを解決するために、本論文ではヒト以外の霊長類（NHP）である、カニクイザルを用いて、シングル核RNAシーケンス解析と行動・神経生理学的解析を行っています。

その結果、運動ニューロンの老化とミクログリアの過活性化を伴う神経炎症が、脊髄老化の特徴であることが明らかになりました。メカニズムとして、老化した脊髄ではCHIT1（分泌型哺乳類キチナーゼ）の発現が上昇した神経毒性ミクログリアが存在していました。CHIT1陽性のミクログリアが運動ニューロンの周囲に局在し、pSmad2の亢進を介してSMADシグナルを活性化して、老化を誘発していることが明らかになりました。

さらに、ヒト運動ニューロンに対しても分泌型CHIT1が運動ニューロンの老化を促進する役割を果たすことを検証しました。

また、老化防止化合物であるアスコルビン酸が、CHIT1の老化促進作用を打ち消し、老化したサルの運動ニューロンの老化を緩和することを明らかにしました。

今回の研究結果は、老化した霊長類の脊髄の運動神経老化のメカニズムの一端を明らかにし、脊髄変性の新たなバイオマーカーと標的を同定するものとなります。

CHIT1によるpSmad2の亢進が運動神経細胞の老化につながるという点で勉強になりました。

多発性骨髄腫の特徴の一つに骨溶解があります。これは骨細胞を介した、破骨細胞による骨吸収の活性化、骨芽細胞による骨形成の減少によって起こることが知られています。しかし、骨髄腫の微小環境において、骨細胞がそれらを制御する詳しいメカニズムは完全に理解されていません。

本研究は、骨髄腫から分泌された2DDRが骨細胞CⅡTA発現を上昇させることで、骨溶解を悪化させることを示唆しました。詳しいメカニズムを調べた結果、2DDRはSTAT1/ IRF1シグナルを介してCⅡTA発現を上昇させ、CⅡTAはAP2αと共役してTnfsf11, Sostプロモーター領域に結合することが分かりました。プロモーターにおいては、H3K14アセチル化レベルを上昇させることで、それらの転写を活性化し、これによって破骨細胞の骨吸収促進、骨芽細胞の骨形成抑制が引き起こされることが示唆されました。また、骨髄腫患者の骨破壊と骨細胞発現CⅡTAの臨床的関連性について調べると、二つの間に正の相関関係がありました。

　以上から、骨髄腫に誘発される骨細胞のCⅡTA発現は、骨溶解を悪化させることが示唆されました。この研究は、インテグリンαv/STAT1/CIITAシグナル伝達経路を標的とした、新たな骨髄腫誘発性骨疾患の治療戦略を提示します。

　多発性骨髄について知ることで、骨溶解が起きるプロセス、ゴーハム病による骨溶解との違いについて理解を深めることが出来ました。先行研究にてゴーハム病患者さんが後に多発性骨髄腫を発症したと報告されていたので、共通点がないか探ろうと思います。

本日は、ASBMR 2023 Annual Meetingの前日に開催されたASBMR 2023 Symposium: Osteocytes in Bone Health and Disease and as Therapeutic Target CellsのSession 2: Osteocytes and Hormonal Actions: In and Outを視聴しました。

PTHやPTH受容体についてのイントロから始まり、骨の恒常性やリモデリングにおけるPTHの役割について、8KbDmp1-caPTH1Rマウスや10KbDmp1-PPRKOマウスの表現型を交えながら紹介されました。また、lacuno-canalicularのリモデリングや機械的負荷による骨同化作用にもPTHが重要であることなど、これまで明らかになってきた骨細胞におけるPTHの作用が詳しく紹介され、勉強になりました。

FGF23は、腎臓のリン酸塩（Pi）の再吸収と1, 25 (OH)2 Dの産生を減少させることで、血中リン酸塩レベルを制御する骨由来のホルモンです。しかしながら、FGF23の産生を調節する因子については不明な部分が多く残っていました。FGF23が腎臓で作用することから、演者らは、腎臓がFGFを合成する調節因子を放出していると仮説を立てました。そこで、被験者の大動脈及び腎静脈サンプルを用いて、プロテオミクス及びメタボロミクスのスクリーニングを行ったところ、腎臓由来のグリセロール-3-リン酸（G-3-P）がFGF23レベルと強く相関することが分かりました。また、外因性のG-3-Pは、局所的なG-3-Pアシルトランスフェラーゼ媒介リゾホスファチジン酸（LPA）の合成を介して、骨及び骨髄のFGF23産生を促進することが示唆されました（Simic et al, 2020）。次の研究では、リン酸塩が腎臓の解糖系を亢進させてG-3-Pの合成を増加させることで、FGF23の産生を刺激することが明らかになりました（Zhou et al., 2023）。

腎臓における解糖系の亢進が、間接的に骨のホルモン分泌を促進し、さらに腎臓に作用するという臓器連関が非常に興味深い研究発表でした。

本口演では、骨細胞や骨芽細胞などで発現する骨保護因子Semaphorin 3A (Sema3A)について、globalノックアウトマウスの他にCAG-CreER+やDmp1-Creなどのノックアウトマウスによって明らかにされてきた役割が概説されました。また、骨芽細胞におけるSema3Aの発現制御や機能についても紹介されました（Hayashi et al., 2019）。最後に、骨細胞におけるRANKLのイントロンエンハンサーを同定し、そのイントロンエンハンサーをノックアウトさせた12週齢のマウスでは、破骨細胞形成の減少により骨量が増加することを示した論文についても紹介されました（Yan et al., 2023）。これまで明らかになってきたSema3Aの機能について広く理解することができ、大変勉強になりました。

 今回選んだシンポジウムでは、骨細胞の多彩な機能について紹介され、どの発表も大変勉強になりました。これまでの研究から、骨細胞は、骨代謝制御だけでなく他の臓器にも影響を与える重要な存在であることが明らかになってきました。骨細胞特異的な欠損マウスには、8 kb Dmp1-CreやSost-CreなどのCreが用いられていますが、いずれも骨細胞以外の細胞での発現することが報告されていることから、やはり特異的なCreが必要とされていると感じました。近年広まりつつあるシングルセルRNA-seqなどの解析により、骨細胞でのみ発現するCreの樹立が期待されます。

筆者らは以前の研究において、エピジェネティック因子であるASXL2 KO マウスでは、破骨細胞形成が抑制され、高骨量を示すことを報告していました。ASXL2は脱ユビキチン化酵素 BAP1とPR-DUB 複合体を形成し、ヒストン2Aのモノユビキチンを除去することから、BAP1 も破骨細胞を調節しているのではないかと仮説を立て、ミエロイド細胞特異的Bap1 KO マウスを作成したところ、破骨細胞の数には影響を与えず、骨吸収能を抑制することで高骨量を呈することが明らかとなりました。

Bap1 KOマウス由来の骨髄マクロファージでは、アクチンリングの形成が障害され、骨吸収能が低下することが明らかとなりました。これはヒストンH2Aのユビキチン化やSlc7a11の転写制御に起因することがわかりました。

今回の研究結果は、Bap1を標的とし、破骨細胞の数を減らすことなく、骨吸収能だけを抑制するような新規の骨粗鬆症に対する治療法の開発に貢献することが期待されます。

小胞体ストレス応答は、小胞体内腔における誤って折りたたまれたタンパク質の蓄積によって引き起こされます。一方、ハッチンソンギルフォード症候群(HGPS)は早老症であり、LMNA遺伝子内の点突然変異によりプロジェリンと呼ばれる異常物質が産生されます。本研究では、HGPSにおける小胞体ストレス応答の活性化のメカニズムを検討しています。

核周縁部のプロジェリンによって、小胞体シャペロンであるGRP78を核周縁部で蓄積させ、小胞体ストレス応答関連遺伝子の発現が上昇することが分かりました。その際の誘導に、核膜タンパク質であるSUN2のクラスター化が必要であることが示唆されました。これらの結果から、核と小胞体の間のコミュニケーションの新たなメカニズムを明らかにし、HGPSの分子疾患メカニズムの一部を解明しました。

Ctdnep1がSUN2の分解を制御していることから、本論文を紹介しました。Ctdnep1の核膜の制御についてさらに検討したいと思います。また、SUN2の局在やタンパク質レベルについても着目していきたいと思いました。分子シャペロンや小胞体ストレス応答の詳細なメカニズムについても勉強になりました。

筋再生は広く研究されており、サテライト細胞が重要であることが知られていますが、筋線維の自己修復については全く知られていません。本研究では、筋線維による筋細胞核が損傷に応答して、カルシウムシグナルを介して筋細胞核を集合させ、損傷部への修復mRNAを送達させることで、筋線維修復を促進させることを明らかにしました。この筋細胞核の集合はサテライト細胞とは関係なく起こっており、カルシウムシグナルによって核遊走が行われ、特にその下流Cdc42, PKCシグナルの阻害は核遊走を抑制しました。微小管の動きをEB3-Cometで観察すると、損傷後には核から損傷部位への方向に動く微小管が減少していました。筋細胞核の損傷部位への遊走をPKC, FAK阻害剤で抑制すると、筋修復が遅れていることに加え、転写抑制剤を投与することで全く修復が進まないことを見出しました。さらに、核遊走阻害剤を投与した状態で、核近傍に損傷を与えると、阻害剤の非投与と同等であったため、損傷部位に核が存在することが、修復を早めるために重要であることが示唆されました。以上のことから核がmRNAを送達することによって修復を促進していることが予想されたので、翻訳が促進されているかをPuromycilationassay、mRNAの集積があるかをin situ hybridizationによって検討すると、核の有無に関わらず、損傷部位は翻訳ホットスポットでした。しかし、mRNAについては、核非存在下では、損傷部での修復関連RNAの集積が減少し、核の遊走が行われることで、mRNAの集積が良く見られました。以上のことから、筋線維損傷では、自身の核が損傷部位へ移動し、修復関連RNAを送達することで、筋線維自己修復が行われていることが明らかとなりました。 

筋肉についてよく勉強できました。核位置が筋修復に関連していることは興味深く、現在着目している核膜脱リン酸化酵素のCtdnep1も核位置を制御するLINC複合体形成に重要であることが報告されているため、核位置関連はよく勉強しておくべきと思われました。核位置は、発生段階から細胞増殖、遊走、組織再生においてダイナミックに変化するため、核位置の研究は面白いと思われました。mRNA送達についてもほとんど考えたことがなかったのですが、別の研究ではmRNAの細胞内局在がZipcodeタンパク質などによって制御されていることや、mRNA誤局在は疾患（Cellの報告ではアルツハイマー病）にも関与することから、非常にミクロな細胞内局在の研究も興味深いと思えました。

かなり難しかったですが、筋肉や核位置、mRNA局在などの分子生物学だけでなく翻訳活性やOptogeneticsといった実験手法も非常に勉強になりました。核構造の違いについても非常に興味が湧き、例えば、腱細胞核は軟骨細胞核より細長いので、核構造の違いと生理学的な意味について研究したいと思えました。

ハダカデバネズミは、非常に長命なげっ歯類で、無視できる程度の老化を示すとともに、加齢に伴ういくつかの疾患から保護されることが知られています。著者らはこれまで、ヒトやマウスよりも分子量の大きい高分子ヒアルロン酸（HMM-HA）がハダカデバネズミの組織で豊富に蓄積していることや、ハダカデバネズミでは早期接触阻害と呼ばれる抗がん機構があること、この機構にHMM-HAが必要であることなどを報告してきました。また、HMM-HAには抗炎症・抗酸化作用があることから、HMM-HAが老化防止機能を持つ可能性が考えられました。以上のことから、HMM-HAの利点が他の動物種でも再現できるかどうかを調べました。

著者らはまず、ハダカデバネズミのヒアルロン酸合成酵素2（Has2）を過剰発現させたトランスジェニックマウス（nmrHas2マウス）を作製しました。nmrHas2マウスは、いくつかの組織でヒアルロン酸レベルの上昇を示し、自然発生および誘発性がんの発生率が低く、健康寿命が向上しました。nmrHas2マウスで観察された最も顕著な変化は、複数の組織にわたる炎症の抑制であり、HMM-HAは、免疫細胞に対する直接的な免疫調節作用、酸化ストレスからの保護、加齢に伴う腸管バリア機能の改善など、いくつかの経路を通じて炎症を抑制していました。これらの知見は、ハダカデバネズミで進化した長寿メカニズムが他の種でも応用可能であることを示唆しました。

豊富なHMM-HAが全身性の抗炎症作用をもたらすことを示した今回の結果は、健康寿命の向上や加齢に関連した炎症性疾患の治療のためのHMM-HAの可能性を示唆しました。

骨粗鬆症は大きな公衆衛生問題です。現在、骨形成を増加させる経口で利用可能な治療法はありません。間欠的な副甲状腺ホルモン(PTH)の投与は、塩誘導性キナーゼアイソフォーム2および3(SIK2およびSIK3)の阻害を含むシグナル伝達経路を介して骨形成を刺激します。本研究では、SIK2/SIK3が成体マウスで全身性に欠失すると、骨格外の毒性を伴わずに骨形成が促進されることを実証し、骨粗鬆症の創薬標的としてさらに検証しました。骨形成を刺激するためにこれらのキナーゼを標的とする以前の努力は、薬理学的に許容され、特異的で経口的に利用可能なSIK2 / SIK3阻害剤の欠如によって制限されてきました。ここでは、構造ベースの創薬設計とそれに続く反復的な創薬化学を用いて、SK-124をSIK2およびSIK3を強力に阻害するリード化合物として同定しました。SK-124は、インビトロおよび細胞ベースのターゲットエンゲージメントアッセイで1桁のナノモル効力でSIK2およびSIK3を阻害し、許容可能なキノーム選択性と経口バイオアベイラビリティを示しました。SK-124は、ヒトおよびマウス培養骨細胞におけるSIK2/SIK3基質リン酸化レベルを低下させ、PTH様様式で遺伝子発現パターンを調節しました。マウスの3週間の1日1回の経口SK-124治療は、カルシウムと1,25-ビタミンDの血中濃度の上昇と内因性PTHレベルの抑制を含むミネラル代謝に対するPTHのような効果をもたらしました。さらに、SK-124治療は、短期間の毒性の証拠なしに、骨芽細胞による骨形成を増加させ、海綿骨を増加させました。まとめると、これらの知見は、経口投与可能なSIK2/SIK3阻害剤SK-124によるin vivo治療による骨およびミネラル代謝におけるPTH様効果を示しています。

今回の論文で作っていたような経口投与で骨粗鬆症を治療できるような治療薬を作れれば多くの高齢者のQOLを向上させることができると思うので開発を進めるのはおもしろいと思いました。

近年、骨格系幹細胞の研究がホットトピックになっています。Prrx1-Cre, Prrx1-CRE-ERT2というトランスジェニックマウスを用いた研究から、Prrx1という転写因子は、胚発生の非常に早い時期に側板中胚葉に発現します。Prrx1を発現した細胞は、その後、軟骨細胞、骨芽細胞、鼠径部脂肪細胞、腹皮の線維芽細胞、骨膜/軟骨膜の形成層に分化しますが、それ以外の結合組織には分化しないと考えられてきました。しかし、実際のPrrx1の発現をin situ hybridization法で検出すると、生体のマウスでは、骨組織以外にも、脂肪組織、真皮組織にもPrrx1の発現が認められました。そこで、著者らは、新たに、生体のPrrx1の発現を模倣した、Prrx1-Cre, Prrx1-Cre-ERT2ノックインマウスを作製して、Prx1陽性細胞の特性解析を実施しました。その結果、Prrx1を発現する細胞は、骨、脂肪、真皮において、長寿命の幹細胞として存在し、Wntというシグナル分子を分泌することで、組織恒常性の維持、組織損傷時の修復において機能していることが明らかになりました。また、これまでに報告されてきた、グレムリン1、レプチン受容体、ネスチン陽性骨格系幹細胞とは異なる、新規の幹細胞集団であることもわかりました。

今回の知見により、難治性の組織損傷に対して、Prrx1陽性細胞を患者さんから取り出して、移植するという、新たな細胞治療が可能になるのではないか、と思いました。骨格系幹細胞の分野は非常に活発に研究がされており、今後も新たな研究結果が出てくるのではないかと思います。

破骨細胞による炎症性骨量減少は、関節リウマチ(RA)など多くの炎症性疾患で見られます。しかし、TNFなどの炎症刺激による破骨細胞形成メカニズムは知られていません。本研究では、TGFβ存在下でTNF がRANKL経路非依存的に破骨細胞形成を誘導することを明らかにしました。また、ミエロイド系統特異的にTGFβⅡ型受容体を欠損させたマウスでは、炎症性破骨細胞形成と骨吸収が抑制されることが示されました。さらに、ATAC-seqとCUT&RUN-seq解析の結果から、TGFβは、ヒストン修飾をリモデリングしクロマチン構造を変化させることでTNFに対するマクロファージ応答を変化させ、細胞運命を破骨細胞形成にシフトさせることを発見しました。このメカニズムを標的とすることで、RANKLによる骨リモデリングに大きな影響を与えることなく、炎症性骨減少を抑制する治療が可能になると予想されます。

ゴーハム病発症前に怪我を負ったという患者の報告がありました。因果関係は特定されていませんが、今回の内容は怪我による骨溶解発症を説明する手がかりになると考えます。

本日のセミナーは、14th ANNUAL 2023 GoldLab SYMPOSIUMにおけるハーバード大学Roland Baron 教授によるレクチャーを紹介しました。骨代謝に関する基本からWNTシグナリングに関連する遺伝子疾患、また、SOST遺伝子の機能喪失型変異患者が高骨量を示すことから、研究が進められ、開発に至った抗スクレロスチン抗体薬ロマソズマブのクリニカルトライアルまで詳しくご紹介されていました。

現行の第一選択薬であるビスフォスフォネートや抗RANKL抗体デノスマブでは、骨吸収を抑えることによって、骨量を増加させ、骨折予防に寄与しますが、骨のターンオーバーが止まってしまうため、骨質が低下するという問題がありました。ロマソズマブは骨吸収を阻害するだけでなく、骨形成を促進するため、骨量が増加するだけでなく、骨質の低下も防げる夢の新薬として臨床で使用されています。

このレクチャーを通して、改めて骨代謝研究においてWNTシグナリングが非常に重要な要素であることを実感しました。

JAK2はサイトカインと成長因子のシグナルの重要な調節因子です。しかし生体内の破骨細胞でのJAK2の役割は解明されていません。そこでJAK2の役割を解明するためCre-LoxPシステムを使い破骨細胞JAK2 KOマウスを作りました。JAK2 KOマウスは顕著な出生後成長抑制を示しました。しかし、それは骨の密度、微小構造、生体力学的強度とは関連しませんでした。JAK2 KOマウスでは破骨細胞特異的IGF1の発現が減少しており、このことは、破骨細胞由来のIGF1が体のサイズ決定に役割を持っていることを示唆しました。破骨細胞由来のIGF1の役割を直接的に評価するため、破骨細胞特異的IGF1KOマウスを作りました。それはJAK2 KOと類似した成長抑制を示しました。最後に、ヒト導入遺伝子で循環IGF1を過剰発現させた結果、成長障害からレスキューされました。まとめると、本研究でのデータは破骨細胞JAK2とIGF1の体のサイズ決定における破骨細胞の吸収機能とは無関係の新しい役割を示しました。

　骨折は高齢になるにつれて頻度が高くなり、しかも骨折治癒が遅れることは経験的にもマウスの実験においても分かっておりますが、高齢者への骨折治癒促進を起こす治療薬はありません。また、高齢での骨折治癒遅延の分子メカニズムも良く分かっていません。先行研究では骨髄の老化細胞が細胞老化随伴分泌現象（SASP）と呼ばれる炎症性サイトカインを放出することで、その近傍の骨髄幹細胞の老化を促進し、骨折治癒に重要な幹細胞の数を減少させることが報告されましたが、直接的なカルスにおける老化細胞が骨折治癒遅延を起こすかは不明でありました。

　本研究では、4か月齢の若年マウスと20か月齢の老齢マウスを用いた骨折治癒の実験を行い、カルスにおける老化細胞が産生するSASPのうち、TGF-βが骨折修復に関与するカルス間葉系前駆細胞の増殖を抑制することで、骨折治癒の遅延が起こっていることを明らかにしました。

　まず、使用した老齢マウスの骨折部位で細胞老化が上昇していることを確認し、その老化細胞を除くことで骨折治癒が促進されるか観察しました。最も一般的なSenolytic Drugであるダサチニブとクエルセチン（D+Q）を用いた老化細胞の除去は、老齢マウスにおける骨折治癒を促進したため、老化細胞は骨折治癒を遅らせることが示唆されました。

   次に、カルスにおける前駆細胞が老化細胞からのSASPの影響を受けるか検討するため、カルス前駆細胞の培養を行いました。得られたカルス由来の前駆細胞は他の骨髄や脂肪組織由来の幹細胞と比較して、骨再生能が高いことが幹細胞の移植実験で明らかとなり、これをCaMPCと名付けました。これに、若年または老齢マウス由来のカルス組織を直接培養した培養液（CM）を投与し、そこに含まれているSASPがCaMPCに影響与えるか検討したところ、CaMPCの増殖能が老齢カルス由来のCM投与で有意に減少していることが分かりました。次に、SASPの中でも最も重要な分泌因子を同定するため、老化カルス組織のRNAを用いてRT-qPCRを行うと、IL1αやケモカインと比べても、TGF-β1の発現が非常に高いことが確認されたため、TGF-β1が骨折治癒遅延に寄与するSASP因子であることが示唆されました。そこでTGFβの中和抗体1D11を用いたレスキュー実験をin vitro/vivo両方で行うと、1D11投与がCaMPCの増殖を伴って骨折治癒を促進することが分かりました。

　以上のことから、本研究では、高齢者における骨折治癒遅延の分子メカニズムが老化細胞由来TGFβによるものであることに加え、Senolyticsが高齢者に対して骨折治癒を促進する新規治療薬になり得ることが示されました。

　今年のBone Biology Forumでも中西先生のご発表で老化細胞が扱われ、老化細胞に興味を持ちました。また、老化細胞を除くことは有望な治療薬であり、Senolyticsはジェフ・ベゾス含む投資家の出資を受けているようで、老化細胞の研究は今後重要になっていくと思われました。本研究もSenolyticsが高齢者の骨折治癒を促進する初の医薬品となり得るものでありました。今後は運動器の老化細胞にも注目していきたいです。

結核は主要な死亡原因の一つですが、その病因については十分に理解されていません。本研究では、結核菌の全ゲノム解析を行うことで、宿主因子に作用する可能性があるタンパク質を予測しました。この結果、PtpBが、宿主のインフラマソームを介したIL-1β放出を抑制することを特定しました。その後の実験で、PtpBは宿主マクロファージの細胞膜成分であるPI4PとPI(4,5)P2を脱リン酸化することで、GSDMD-N末端の細胞膜局在を阻害し、サイトカインの放出とパイロトーシスを抑制することを明らかにしました。また、哺乳類はタンパク質のユビキチン系を制御することで多様な免疫反応を調節していますが、PtpBは宿主のユビキチンと結合することで脱リン酸化機能を高めることを示しました。これらの発見は、結核の病因についての理解を深めるとともに、薬剤耐性のある結核菌も標的とした、新しい抗結核療法の開発に繋がると予想されます。

本日のセミナーの発表者であるB. Ajamiは免疫学および行動・システム神経科学について研究をしています。彼女の研究は、さまざまな神経変性疾患において免疫細胞がどのように病態を引き起こすかに焦点を当てています。

初めに、ミクログリアの由来について、ALSのような神経変性疾患でも、血液から来るのではなく、脳と脊髄に存在して組織の中で自己複製することを明らかにしました。また、三つの異なる特性を持つ集団が存在することが分かりました。

次にALSモデルマウスを用いてシングルセルプロテオミクス解析を行ったところ、α5インテグリンが上昇していることが分かりました。α5インテグリン陽性のミクログリアや坐骨神経のマクロファージは炎症性サイトカインの発現が上昇していました。そこでα5インテグリンに対する抗体をALSモデルマウスに投与したところ、生存日数が伸び、運動能力が回復しました。また脊髄のミクログリアの数が減少していることが分かりました。ALSのミエロイド細胞でのα5インテグリンの発現が、治療ターゲットになることが示唆されました。

最後に、組織によってミクログリアが保護的に働く場合と毒になるときがある場合について述べられました。脊髄においてミクログリアは神経に炎症を誘発するのに対し、動眼神経ではミクログリアは神経に対して保護的に働きます。

本セミナーで神経変性疾患におけるミクログリアの働きについて学ぶことができました。自分の研究でも、ミクログリアや炎症性サイトカインの解析を行おうと考えました。

運動は、骨粗鬆症を予防し免疫機能を向上させますが、そのメカニズムは未だ不明です。本論文では、力学的刺激によって、骨髄マクロファージからreticulocalbin-2 （RCN2）が分泌され、骨髄の脂肪分解とそれに続く骨形成及びリンパ球産生を促進することが示唆されました。

筆者らは、運動負荷マウスで発現上昇し、老齢マウスで発現減少するタンパク質としてRCN2を同定しました。recombinant RCN2投与によって、脂肪分解酵素の発現が上昇し、BMSC由来脂肪細胞上清中のグリセロール及び遊離脂肪酸が増加することが示されました。RCN2の発現については、骨髄では特にマクロファージにおいて、力学的刺激や運動負荷により誘導されました。マクロファージ特異的Rcn2欠損マウスの解析から、運動時に、Rcn2が骨髄脂肪の分解を介して骨形成やCLPの頻度を上方制御することが示唆されました。メカニズムについては、RCN2がNRP2とITGB1から成るコレセプターに結合し、cAMP-PKA経路を活性化させることで、脂肪分解が促進されると推測されました。最後に、尾部懸垂モデル及び老齢マウスではRCN2発現が低下しており、rRCN2を投与することで、骨髄脂肪増加や骨量減少、CLP減少といった表現型が改善されることが示されました。

以上のことから、RCN2が新規の力学的刺激感受性脂肪分解因子であり、骨形成とリンパ球産生を促進することが示唆されました。

尾部懸垂モデルや老齢マウスへのrRCN2投与は体重や血清トリグリセリドに影響しないという結果でしたが、RCN2がユビキタスに発現することから、他臓器や老化におけるRCN2の発現制御や機能のメカニズム解明が期待されます。

シカの枝角は毎年再生する哺乳類では非常に珍しい特徴をもっていますが、その再生メカニズムはよくわかっていませんでした。筆者らは枝角の再生部位のシングルセルRNA-seqを行い再生に関与する細胞のキャラクタライズを行いました。その結果、哺乳類の再生時に共通して認められる枝角芽体前駆細胞（ABPCs）を同定しました。ABPCsは両生類や魚類など下等動物の再生部位では存在しないことをシングルセルRNA-seqの再解析で明らかにしました。また、ABPCsが脂肪細胞に分化しにくく、軟骨細胞、骨芽細胞へと分化しやすいことを示しました。マウスの腎臓被膜下移植や、ウサギ大腿骨骨孔への移植によって、ABPCsが骨形成に働くことを示し、ABPCsを骨再生医療に応用できる可能性が示唆されました。ヒト間葉系細胞やiPSなどをABPC様の細胞に誘導することで、重度の骨損傷や四肢欠損などの再生医療に応用できることが期待されます。

本日は，イタリアのパドヴァ大学のStefano Piccolo教授によるセミナーを視聴しました。Piccolo教授は，YAP/TAZという機械刺激を感知する転写因子に着目して，これまでに数多くの興味深い論文を発表されています。先日のJCでも，Piccolo教授の最近のNatureの論文[YAP/TAZ activity in stromal cells prevents ageing by controlling cGAS-STING]を取り上げましたが，この分野の先駆者であります。今回は，これまでに発表した論文のレビュー的なセミナーでした。幹細胞，がん，間質細胞の老化との関連が取り上げられました。例えば, Cell Stem Cell. 2016の論文からは，YAP/TAZを発現させると，分化した乳腺細胞を乳腺幹細胞に変えるという紹介がありました。Cell. 2014の論文からは，腸の上皮細胞で，APCという遺伝子を欠損させると，がん化するのですが，YAP/TAZをノックアウトすると，がん化がおきないことが紹介されました。Nature Cell Biology (2015)の論文からは，発がん物質で皮膚がんを誘発する条件で，YAP/TAZをノックアウトすると，発がんが抑制されることが示されました。他にも，肝臓がん，膵臓がんでも同様の現象が見られました。

YAP/TAZを阻害するような薬物は，がんを抑制する効果があると期待されますが，YAP/TAZは，転写因子なので，創薬標的分子になりにくいという弱点があります。しかしながら，細胞の形態を変化させるような経路を阻害するようなSrc阻害薬，ROCK阻害薬などが，YAP/TAZを抑制するのと同じような効果をもつかもしれません。

YAP/TAZは，加齢とともに，細胞の核から除外されるようになってしまいますが，YAP/TAZを再活性化することで，幹細胞性を取り戻し，細胞は若返ることができるようになることも皮膚の真皮の細胞や動脈壁で示されました。

Take-home-messageとしては，BACK TO THE STEMNESS -A YAP time machine^「幹細胞性へ戻す」でした。

GSDMDはパイロトーシスやサイトカイン分泌に関わると考えられていますが、骨折治癒における役割はほとんどわかっていませんでした。この論文では、GSDMDの欠損によって骨折治癒が障害され、骨再生の機能が低下することを見出しました。また、骨折によるIL-1β, IL-18の分泌が低下することを示唆しました。このことから、GSDMD-IL-1シグナル経路によって誘発される炎症反応が骨折後の治癒を促進することが明らかになりました。この結果は、筋骨格系におけるGSDMD機能のための有望なアプローチとなり、骨癒合不全やGSDM関連疾患の治療法の発見に繋がる可能性があります。

1. Veronica Mendoza Reinozo- Efferocytic Bone Marrow Macrophage Drive Inflammation in Skeletal Metastasis
骨はがん細胞にとって“肥沃な土地”と表現されます。前立腺がんの骨転移の治療については不明なことが多い現状です。骨に存在する細胞がアポトーシスを起こすとき、M2マクロファージのエフェロサイトーシスによってホメオスタシスを保ちますが、骨転移したがん細胞に対するエフェロサイトーシスではCxcl5などを放出することが知られています。しかし、それによる炎症のメカニズムなどは不明でした。

マウス由来マクロファージと前立腺がん細胞の共培養系によるscRNA-seq解析では、免疫系のシグナルに加えて、エフェロサイトーシスのマクロファージにおいてHypoxia（低酸素）シグナルの上昇を確認しました。特に転写因子Hypoxia Inducible Factor 1a(Hif1a)の安定性が上昇しており、それはリン酸化STAT3とHif1aの相互作用によるものでした。エフェロサイトーシスによる骨転移がんは、Hif1aを介したMifの上昇と、Mifのパラクリン作用で病変部におけるCD74陽性マクロファージでのERK, NFｋBシグナルの上昇で炎症の上昇や腫瘍の増加に寄与することが分かりました。

マクロファージががん細胞を取り込んで、パラクリン的に腫瘍形成を促進する機序は興味深く、今後の研究でもマクロファージのエフェロサイトーシスによって生じるサイトカインに着目することは重要と思えました。

2. Loic Gaweda- A spliced variant of axon guidance receptor ROBO4 drives breast cancer cell colonization in bone
ROBOはいくつか種類があり、神経発達に寄与することが知られていますが、ROBO4はその役割を持ちません。これまで、ROBO4には内皮細胞の遊走や造血幹細胞の接着に関与していることが知られています。発表者は、ROBO4の新たなアイソフォームを発見し、それががんに寄与していることが分かりました。

新たに発見されたROBO4のアイソフォームは、がん細胞で特に見られており、がん患者でもROBO4が高いと予後不良の乳がんや骨転移を引き起こすことを発見しました。これのKOは乳がんだけでなく骨転移がんを抑制しました。In vitroでのスフェロイドアッセイでは、ROBO4 KO細胞において細胞同士のスフェロイド形成が低下しており、腫瘍の増大に関連していることが示唆されました。さらにROBO4の下流シグナルを介したICAM1の上昇に関連していることが見られ、ICAM1がTNFαの炎症を誘導していることも示唆されました。

スフェロイド形成アッセイなどを行うことで、細胞間相互作用に着目しており、膜タンパク質を着目する際には参考になる発表でした。

3. Vera M. Todd- Hypoxia-inducible factor signaling in breast tumors controls site-specific dissemination to bone and lung
高いレベルのHif1aは乳がん患者の予後が不良になることが知られています。またHif1aの欠損は、肺への転移を抑制することが知られていますが、Hif1a活性化によってがん転移が促進するかは不明でした。Hif関連タンパク質を欠損することで、がんの形成・転移にどう影響するかを研究したところ、Hif1a欠損では乳がんサイズが小さくなりましたが重量の増加を確認しました。骨転移に関しては、Hif1a, 2aの欠損では抑制し、Vhl欠損で上昇しましたが、Hif1aに関しては骨量減少が見られました。さらに、先行研究とは異なりますが、Hif1a欠損で肺への転移が上昇していることが見られました。

ある部位の腫瘍にとっては抑制因子であったものが、別の部位では腫瘍形成を促すといったがん治療の複雑さを実感したとともに、Discussionでの肺と骨のクロストークに少し触れていたことは興味深く、骨と肺の関連性の研究は重要になってくるかもしれないと思いました。

 4. Ahmad Othman- Runx2 Regulates Cytoskeletal Dynamics in Bone Metastatic Breast Cancer Cells
Runx2は骨芽細胞分化の転写因子としての役割が一般的ですが、今回の発表では微小管のアセチル化を制御し、オートファジーを促進することで乳がん細胞を生存させる機序を持つことが分かりました。しかも、これはRunx2の転写因子としての働きではなく、タンパク質相互作用によるものでした。

Runx2のKDは微小管のサブユニットであるαチューブリンのアセチル化を抑制し、オートファジーマーカーLC3B2が蓄積していることを観察しました。オートファジーフラックスを確認すると、Runx2のKDでは減少しており、Runx2がオートファジーを正に制御することが示唆されました。微小管形成阻害のビンブラスチンと変異Runx2（転写活性に寄与するDNA結合ドメイン“DBD”または、タンパク質相互作用に重要とされるC末端の変異）を用いて観察すると、C末端変異Runx2のみビンブラスチン投与に関わらず、αチューブリンの安定性が低下していることが分かりました。よって、Runx2の転写活性ではなく、タンパク質相互作用のC末端が重要であることが分かりました。さらに、微小管形成に重要な因子として、チューブリンのポリマー化に寄与するαTAT1と微小管の分解に寄与するHDAC6に着目すると、Runx2のC末端と結合することが見いだされました。HDAC6によるチューブリンのアセチル化が微小管によるオートファゴソームの流動性に寄与していることが示唆されました。さらに、MSによって熱ショックタンパク質HSP90とRunx2が相互作用することを示しており、HSP90がMAPをリクルートすることでαチューブリンの安定性を上昇させていることが示されました。以上のメカニズムによってRunx2は、特に転移がん細胞におけるオートファジーを促進させ、がん細胞の生存戦略に寄与することが示されました。

転写因子であるRunx2が転写活性でなく、タンパク質のリクルートの働きをすることで細胞内の動態を変化させていることは意外でした。微小管に注目するのは、マニアックな印象があり、複雑に感じました。

5. Joy Y Wu- PTH acts on PTH1R in both osteoblasts and breast cancer cells to reduce bone metastases
乳がん患者は、抗がん剤などの影響によって治療過程において骨粗鬆症になることが知られています。ビスホスホネート製剤を用いることは顎骨壊死などを起こす可能性があり、骨形成を促進させないと根本治療にならないことも問題です。本研究では、PTHが乳がん患者へ適用できるか、その安全性などに着目しました。

骨芽細胞におけるPTHRの下流Gsα KOは乳がん細胞の遊走を上昇させ、骨転移の上昇を示唆しました。同様に乳がん細胞におけるPTHRの下流Gsα KOはその遊走を上昇させ転移を促進しました。次に、乳がん細胞においてPTHの応答でPthrpの遺伝子レベルが減少していることを確認し、Pthrpが乳がんの抑制に寄与するか検討したところ、PthrpのKDが乳がんの遊走能を減少させることが分かりました。臨床関連では、乳がん患者においては、PTH1Rの発現が減少しており、PTHは骨芽細胞に作用することで、がん細胞の転移を抑制していました。さらに乳がん細胞自体にもPTHがPthrpの抑制を介して、乳がんの転移を抑制することが分かりました。

基礎研究的な側面を持ち、明確な臨床のための研究であり、理想的なストーリーであると感じました。今後の臨床現場において、乳がん患者にとってPTHがより重宝されるのではないでしょうか。

がんと骨転移について学ぶいい機会になりました。がんの転移は奥が深く、複雑でした。骨のNicheは、他の臓器での疾患（がん）に影響を受けやすいことが感じられました。がんになったから骨に影響が出たのか、骨に影響が出たからがんになったのか、特に3番目の発表ではそんなことを考えさせられました。また、10月でのASBMRの発表の参考にもなりました。

1. type C protein phosphataseであるPhlpp1/Phlpp2はそれぞれ海綿骨と皮質骨で発現してリモデリングをコントロールすることが示唆されました。また、Phlpp2の欠損は破骨細胞のコレステロール反応性を増強させることが明らかになりました。

2. 細胞質における脂肪分解は、骨芽細胞形成において、脂肪酸をエネルギー通貨として供給するために重要な役割を担うことが示唆されました。また、細胞質での脂肪分解の抑制は、骨芽細胞形成や生体内での骨形成に悪影響を及ぼし、逆に脂肪分解を促進することで、高脂肪食による海綿骨量の減少が抑制されました。

3. CypDの機能獲得マウスは、in vitroおよびin vivoにおいて、骨芽細胞活性の低下と有機マトリックスの欠乏を示しました。また、CypD/MPTP活性によって制御されたミトコンドリアの代謝は、発生、維持、骨折修復のいずれにおいても、骨の表現型を制御する重要な因子であることが示唆されました。発生と修復におけるエネルギー代謝と骨形成シグナルの分子動態や制御の影響を明らかにするためには、さらなる研究が期待されます。

骨芽細胞での研究の中でも、今まであまり触れてこなかった脂肪やミトコンドリアとの関係を勉強することができました。特に、二つ目の発表では、骨芽細胞における脂質分解の役割とその重要性が示されており、新たな着眼点を得るとともに、勉強になりました。

神経と筋肉のつなぎ目には多様なタンパク質が集積していて、神経筋接合部位の形成と維持に寄与しています。これらのタンパク質をコードする遺伝子に変異があると、先天性筋無力症という深刻な神経筋疾患が引き起こされます。先天性筋無力症の中で、DOK7タンパク質のC末端側に4塩基が重複する変異があるというタイプがあり、先天性筋無力症患者の10~20%にDOK7変異があることが知られている。しかし、DOK7変異が筋無力症を発症させる機序はよく分かっておらず、DOK7がMUSKと結合することでリン酸化シグナルをさらに下流の分子に伝える機構に異常を来すのではないか、と考えられていました。

今回、その仮説も検証するため、DOK7のC末端の4塩基を重複させたマウスと、C末端領域のリン酸化部位を点変異させたマウスを作製したところ、予想外にC末端領域のリン酸化部位を点変異させたマウスでは筋無力症の症状を示しませんでした。そこで原因として、MUSKに結合するDOK7の量が足りないのではないかと考えました。結果は予想通りで、4塩基重複変異体のDOK7の量は、野生型の約3分の1でした。量が足りないためにMUSKを安定化させることができず、MUSKのリン酸化が阻害されていたと考えられました。

次に、変異したDOK7の代わりにMUSKを安定化させることができる抗体をファージディスプレイ法を用いて抗体ライブラリを構築し、特異性の高い抗体を選択しました。この抗体を腹腔内に投与したDOK7変異マウスは、寿命が大きく伸び、運動能力も野生型マウスに近くなりました。

この論文を通してアセチルコリン受容体の維持機構のメカニズムについて深く学ぶことができて、自身の研究につなげたいと思いました。今回の治療は、2週間ほどしか生きられないマウスが繰り返し抗体を投与することによって通常通り成長するというインパクトがあるものでした。臨床への応用が期待されます。

東京大学の高柳先生が2002年にNatureでインターフェロン受容体IFNAR1 KOマウス、IFN-β KOマウスが低骨量を示すことを発表してから20年が立ちますが、Stimulator of interferon genes (STING)の骨代謝における機能についてはよくわかっていませんでした。

筆者らはSting1の機能獲得型変異であるSAVIマウス由来のマクロファージは破骨細胞分化が抑制されていることを見出し、全身性のSting1 KOでオスでは15ヶ月齢以降の加齢マウスで骨量が減少し、LysM-Creコントロール下のSting1欠損でも同様の結果が得られたことから、ミエロイド細胞自身のSting1が骨代謝に影響していることを明らかにしました。また、RNA-seqによって、新規のSTING-依存性のRANKLによって抑制されるinterferon-stimulated gene (ISG)として50の遺伝子を同定しました。STING経路のアゴニストを見つけることができれば、骨粗鬆症などの骨疾患の新規の治療法につながることが期待できます。

本論文は、イタリア パドヴァ大学のステファノ　ピッコロ教授のグループによるものです。昔、ピッコロ教授は、UCLAのEddy De Robertis labで カエルの発生の研究をして、イタリアに戻ってからは、癌や機械シグナルに関する研究を精力的に行っておられます。自分がまだカエルの発生の研究をしていたときに、ピッコロ教授が国際学会で自分のポスターのところに来てくださり、ディスカッションしたことがあります。先方は覚えていないと思いますが。。。

加齢は、細胞の老化と密接な関係がありますが、今回、機械刺激を感知して核内に移行して機能するYAPとTAZという転写因子が、細胞老化の抑制に関与しているということが明らかになりました。

老化マウスでは、若いマウスに比べると、特に、間質細胞や、血管平滑筋細胞、心筋細胞、骨格系幹細胞で、YAP/TAZの活性が低下していることがわかりました。

YAP/TAZを線維芽細胞や血管平滑筋でノックアウトすると、若いマウスでも、細胞の老化現象が確認されましたが、逆に、老化したマウスの細胞に、YAPの発現をもどしてやると、細胞が若返りました。

さらに、YAP/TAZの細胞老化抑制機構には、自然免疫に関与するcGAS-STINGという経路が関わっていることが示されました。

YAP/TAZによる機械刺激シグナル伝達が低下すると、自然免疫の柱であるcGAS-STINGシグナルが放出され、老化が進むことがわかりました。

YAP/TAZによる機械刺激シグナル伝達を維持したり、STINGを阻害することは、老化に関連する炎症を抑制し、老化を改善するための有望なアプローチとなる可能性があります。

この論文では、ガスダーミンD (GSDMD)が骨のエンド-リソソーム成熟を制御することで、破骨細胞の骨吸収能を制限していることが報告されました。GSDMDはこれまで炎症性の細胞死であるパイロトーシスに関与するタンパク質として着目されてきましたが、今回、破骨細胞の恒常性にも関与していることが分かりました。 

マクロファージでは、活性化したカスパーゼ-1/11によるGSDMDの切断が、N末端（p30 NT）と自己抑制性のC末端（CT）の接合部位で起こり、それによってp30 NT産物が放出され、これが細胞膜上の酸性リン脂質に結合してオリゴマー化し孔を作ってパイロトーシスを引き起こすことが知られています。しかしながら、破骨細胞の分化過程で、さらに短いp20産物が生成されていることがわかりました。破骨細胞では、GSDMDはRIPK1依存的にカスパーゼ8, 同時に活性化するカスパーゼ3によって切断され、p20 フラグメントが産生されることが分かりました。また、GSDMD p20の骨吸収への影響を調べたところ、GSDMD p20は破骨細胞分化に影響せずに、骨吸収活性を抑制していることが示唆されました。

定量的プロテオーム解析を用いてGSDMD欠損で発現が変動するタンパク質について調べたところ、GSDMDが欠損した破骨細胞で、「リソソーム」「グリコサミノグリカン分解」の経路が濃縮されていることがわかりました。さらにGSDMDとリソソーム生合成との関連を調べると、GSDMD p20 は脂質膜PI(3)Pとの結合を介して初期エンドソームに局在し、エンド・リソソームへの輸送と成熟を制限し、破骨細胞の骨吸収活性を抑制していることが示唆されました。 

本論文はGSDMDの破骨細胞内における動きを新たに示した大変興味深い内容でした。また、セミナーでもお話がありましたが、破骨細胞分化ではなく骨吸収活性を制御する機能を持つという点で、骨粗鬆症治療などの新たな戦略となりえます。

この論文では、これまでリンパ管がほとんどないと思われていた組織の一つである骨に、リンパ管が存在していることが透明化技術によって３Dで示されました。さらに、Gorham-Stout症候群にも見られるように、骨のリンパ管は有害であるという考えがありましたが、これを覆すように、放射線による骨髄損傷と骨量減少において、放射線によって上昇・拡大したリンパ管が、それらの修復に重要であることが分かりました。

そのリンパ管を形成しているリンパ管内皮細胞（LEC）は、IL6, Vegfr3によって制御されることが知られていますが、放射線によってIL-6が上昇することで、LECの増殖を伴ったリンパ管形成が促進されました。その放射線によって増加したLECが、Cxcl12を産生することで、造血幹細胞（HSC）の修復や骨量減少の改善に寄与していることが分かりました。さらに、細胞系譜解析によってMyh11, Cxcr4陽性の周皮細胞が、Cxcl12と相互作用することで、骨髄抑制の改善と骨系細胞への分化を伴った骨修復に寄与していることが分かりました。

また、加齢と遺伝毒性の関連も示しており、老化したLECでは休止マーカーの上昇と細胞増殖マーカーの減少が示され、さらにCxcl12の産生も低下することが分かりました。この老化したLECではCxcl12の産生が低下するために、放射線による障害が強く現れますが、若年のマウス由来のLECを移植することで、この表現型の改善が見られたことから、若年期におけるLECの重要性を示しました。

今回の研究では、骨のリンパ管の遺伝毒性に対する修復の役割を見出しており、これまで骨のリンパ管は有害とされてきた考えを覆す結果となっており、非常に面白い論文でした。石灰化組織を透明化し、3Dで観察することは技術的に困難とされてきていましたが、今回の論文の手法やCUBIC-Bなど、近年の技術的進歩を感じました。そこで、石灰化組織の内部の観察について研究することは、インパクトが高い論文を書くことが出来そうなので、検討しようと思いました。

最後に、今回のJournal Clubでは、留学生を交えましたので、初めて英語で説明しました。拙い英語だったかもしれませんが、最後までお付き合いいただきありがとうございました。いつも以上の達成感でした。

加齢によるmTOR複合体1調節不全は、神経筋接合部（NMJ）の構造不安定化を引き起こします。しかし、この現象を仲介している下流のターゲットは解明されていません。本論文では、mRNAの翻訳のためのmTORC1のリン酸化ターゲットである、リボソームタンパク質S6キナーゼ1（S6K1）と真核生物翻訳開始因子4E結合タンパク質1（４EBP1）の役割を調査しています。

まず、mTOR経路上流のTSC1をKOしたマウスでは、mTORC1が活性化され、除神経が引き起こされました。そのマウスから筋線維特異的にS6K1を欠損させると、NMJの構造やリモデリングに影響を与えませんでした。しかし、筋線維で４EBP1が常に活性しているTSC1 KOマウスを作製したところ、NMJのリモデリングを誘導してアセチルコリン受容体(AChR)のターンオーバーが促進され、除神経している筋線維が減少しました。

また、筋線維で４EBP1が常に活性しているマウスのNMJのリモデリングの要因はサテライト細胞活性の増加によるものであることが示唆されました。

これらの結果と、AChRの筋核の減少やNMJのターンオーバーの低下が加齢の特徴であるということから、4EBP1活性化をターゲットとすることが、サルコペニアを緩和するための新たな戦略となると示されました。

本論文では、NMJのリモデリングや除神経を評価する実験を数多く行っていて、自分の研究に活かせるものもあり、勉強になりました。NMJの安定化にはmTORC1活性の厳密な制御が必要であり、そのメカニズムは完全には解明されていません。今後、サルコペニア治療に応用されることが期待されます。

身体運動は、一般的にヒトを含む動物の健康に有益であり、認知的な老化と神経変性を遅らせることが知られています。この認知機能への効果は、海馬の可塑性向上や炎症抑制に関連することが報告されていますが、詳細なメカニズムについては不明な部分が多くあります。

まず著者らは、エクササイズ血漿を同腹仔に移植すると、エクササイズ血漿が海馬における神経可塑性及び認知機能を向上させ、さらに炎症性遺伝子の発現を減少させることを示しました。また、エクササイズ血漿の移植は、急性誘発性の炎症を引き起こしたマウスの神経炎症に対して拮抗的に作用しました。エクササイズ血漿のプロテオーム解析から、エクササイズ血漿ではクラスタリン を含む補体カスケード阻害因子の発現が協調的に上昇していることが分かりました。エクササイズ血漿からクラスタリン を除くと、海馬における炎症性遺伝子レベルは高いままでしたが、急性脳炎症モデルマウスやアルツハイマー病モデルマウスに組換えクラスタリンを処理すると、インターフェロンシグナル伝達に関与する遺伝子等の異常な発現上昇が抑えられました。さらに、半年間運動を継続したヒトでも、クラスタリンの増加が見られました。以上のことから、自発的に走るマウスのエクササイズ血漿が神経炎症遺伝子発現のベースライン及び脳炎症を抑制し、このプロセスにクラスタリンが深く関与する可能性が示唆されました。

本論文では、Single-cell RNA-seqやプロテオーム解析といったシーケンスが多く用いられており、データの見せ方という点でも勉強になりました。本論文で示された結果から、組換えクラスタリンを認知障害のある個体に処理すると、実際に認知機能の回復や脳の若返りのような現象が見られるのかという点が気になりました。また、エクササイズ血漿には、大部分が肝細胞で産生される補体及び凝固タンパク質が多く含まれているという点が興味深かったです。運動が認知機能の維持に効果的であるということは広く知られており、そのメカニズムに迫る研究も進んでいますが、未だ不明な部分も多く、さらなるメカニズムの解明が期待されます。

 本日の論文は、当研究室が長年着目してきたCtdnep1遺伝子が、小児の悪性腫瘍である髄芽腫を引き起こすメカニズムを解明したものです。膨大な実験量と、私が長年取り組んでいたけど、うまく行かなかったことが、この論文では、全てうまく行っていて、脱帽的な論文です。

そもそものきっかけは、CTDNEP1遺伝子が、悪性度の高いグループ３の髄芽腫で遺伝子欠損しているということが、2012年と2017年にNatureに報告されたことに始まります。今回の論文の著者は、その時の論文の著者ではないので、このNatureの論文を見てから、研究に着手したと考えられています。Ctdnep1 floxマウスは、私達の長年の共同研究者の熊本大学の西中村教授から供与されています。

今回の論文では、グループ３の髄芽腫の全エクソーム解析のデータを解析して、Ctdnep1遺伝子欠損を再確認しています。興味深いことに、CTDNEP1欠損で、MYCという発がんに関わる遺伝子の染色体領域が増幅していることがわかりました。G3の髄芽腫の細胞を用いた実験により、CTDNEP1 mRNAを減少させると、細胞増殖が亢進し、反対に、過剰発現で細胞増殖が抑制されました。

次に、Nestin-CreとCtdnep1 floxマウスを用いて、神経前駆細胞でCtdnep1をノックアウトしたマウスでは、脳の形成が低下し、マウスが早い時期に死亡することがわかりました。癌と反対の表現型です。しかし、彼らは驚くべきことを見つけました。マウスの脳から取り出した細胞は、培養初期では、細胞増殖が低下するのですが、培養後期で、細胞増殖が増加したのです。

さらに、トランスクリプトーム解析、相互作用するタンパク質の同定、脱リン酸化する標的タンパク質の同定などを行い、CTDNEP1が、MYCのS62を脱リン酸化をするということがわかりました。CTDNEP1がないと、Mycが安定化して、染色体不安定性を引き起こし、さらに、p53遺伝子欠損を引き起こして、mycの増幅が起こるというのです。

また、CTDNEP1の標的として、染色体分離に関わるタンパク質を同定しました。そして、彼らは、Mycの発現を低下させるJQ1というブロモドメインの阻害剤と、細胞分裂のチェックポイントに関わるCHEK1阻害剤（prexasertib 現在臨床試験進行中）を併用することで、がん細胞の増殖を効率的に抑制することに成功しました。

以上の結果から、CTDNEP1がMYC活性と有糸分裂の忠実性を制御することにより、非常に悪性度の高いMYC駆動型の髄芽腫における腫瘍抑制因子であること、さらに、CTDNEP1欠損の髄芽腫に対しては、動物モデルと細胞モデルで、JQ1とprexasertibの併用療法が効果的であることが示されました。

最後に、グループ３の髄芽腫では、TGF-βシグナル伝達経路も上昇しているということが今回の論文でも再確認されていましたが、TGF-β受容体の阻害剤で処理しても、野生型とCtdnep1 cKOマウス由来の腫瘍細胞の細胞増殖には変化がなかったことが示されており、髄芽腫の細胞増殖の促進には、TGF-βシグナルは関係ないということも示しています。私たちは、発生初期の間葉系細胞でCtdnep1を欠損させたマウスでは、TGF-βシグナルが亢進して、軟骨の過形成と骨化遅延が起きることを過去に報告しましたので、Ctdnep1は、細胞の種類によって、制御するシグナル伝達が異なることが示唆され、大変興味深いです。

本当に脱帽です。当研究室にとって、バイブル的論文になりそうです。

1. Non-catalytic function of Dot1L histone methyltransferase regulate endochondral bone growth and development.

2. Phosphate-mediated activation of VEGFR2 induces Caspase-9 mediated apoptosis of hypertrophic chondrocytes during endochondral bone formation.

3. Reducing Smad2/3 Signaling by Deleting Alk4 in Skeletal Progenitors Increases Bone in Adult Mice.

TDP43はRNA結合タンパク質であり、RNAの代謝に関わっています。孤発性筋萎縮性側索硬化症(ALS)モデルの運動神経では、本来核に局在するTDP43が細胞質で封入体として蓄積しているということが知られています。ヒトSTMN2はTDP43によって発現調節されている遺伝子で、軸索再生関連分子であるstathmin2を発現しています。また、ヒト幹細胞由来の運動ニューロンでTDP43をノックダウンするとSTMN２の発現量が減少します。しかし、in vivoでのStmn2オルソログの役割については知られていません。本研究ではStmn2機能欠損マウスを作成し、in vivoでのStmn2の役割を解明することを目的としています。Stmn2欠損マウスを作成したところ、運動障害が見られました。神経筋接合部ではシナプスの接続に異常が見られ、除神経に特徴的なアセチルコリン受容体の断片化、筋修復に特徴的な核の中心への移動が見られました。また、Stmn2欠損マウスの腰髄では重合しているβ-Ⅲチューブリンが減少していて軸索の伸長に異常があることが示唆されました。一方、運動ニューロン、アストロサイト、ミクログリア、TDP43の量や局在には変化が見られませんでした。これらから、Stmn2が欠損することで神経での微小管伸長が障害され除神経が起きるというメカニズムによって、運動障害が見られたということが示唆されました。また、Stmn2欠損マウスにヒトSTMN2遺伝子を導入すると、運動障害、神経筋接合部の表現型ともにレスキューされました。この結果はTDP43 の異常があるALS患者における STMN2 発現の回復が、運動軸索機能を改善するという治療戦略ができる可能性を見出し、Stmn2欠損マウスが前臨床評価のためのモデルとなることを示しています。神経筋接合部の実験については自身の研究に活かせることが多く参考になりました。TDP43が制御している遺伝子は他にも知られており、それぞれがこのような複雑なメカニズムで神経障害を起こしていると考えるとALSの病態の解明は難しいなと感じました。

　傷害後に安静にすることは、傷害部位の保護と痛みの減少、回復の促進といった効果があることは知られていますが、そのメカニズムは不明でした。安静にしている場合、生体内への機械刺激が減少しますが、この機械刺激の研究は3D培養といった様に人工的な条件で研究されていることが多く、生体内の細胞外基質の状態などは模倣しきれていませんでした。

　本研究では、重症誘発性の異所性骨化(HO)を用いてscRNA-seqの結果より上昇した機械刺激に関して着目し、その機械刺激シグナルに関するFAKやYAP/TAZの阻害、外科的な関節固定によってHO形成を抑制しました。このことから機械刺激の抑制がHOの治療に貢献することが示唆されます。

　さらに、関節不動状態における生体内の細胞外基質の状態について観察すると、運動したマウスと比べて、細胞外基質が乱雑かつ高密度な状態となっており、細胞形態に関しても遊走能や広がりの減少などが観察されました。この細胞についてみると、TAZのシグナルが減少しており、タンパク質レベルでは軟骨形成のTGF-βシグナルの減少と脂肪転写因子のPPARγの上昇が確認され、骨ではなく脂肪形成に寄与していることが分かりました。また、scRNA-seqやscATAC-seqで解析すると骨よりも脂肪形成に関する遺伝子の上昇が見られ、関節不動が細胞外基質の様子を変化させ、その環境における細胞の脂肪形成の遺伝子レベルを上昇させることで異所性骨化を抑制するといったメカニズムを解明することができました。

　この研究結果から、FAK阻害剤を含む機械刺激の変化が医療へ応用されることが期待されます。

　機械刺激に関する実験は検討中で考察の仕方や実験の進め方は参考になりました。機械刺激シグナル伝達について理解を深める良い機会となりました。細胞外基質の様子が幹細胞へ影響すること、組織切片の空間を脂肪と予想して実験を進める点も興味深かったです。

グルココルチコイド（GC）は様々な臓器で遺伝子発現を制御することから、多くの生理学的プロセスに影響を与える生体恒常性の重要な調節因子とされています。骨において、GCがオステオカルシンの発現を阻害することは知られていますが、骨が副腎機能を調節することについてはあまり知られていません。本論文では、マウスとサルにおいて、オステオカルシンがGCと古典的な内分泌フィードバックループを形成し、副腎ステロイド産生を促進することが示されました。

成体マウスやアカゲザルにオステオカルシンを投与すると、副腎ステロイドの血中濃度及び副腎ステロイド生成酵素などの遺伝子の発現が顕著に上昇しました。胎生期におけるオステオカルシンの曝露は副腎の成長を促し、出生後の副腎皮質ホルモン産生を促進しましたが、逆に胎生期にオステオカルシンが阻害されると、成体で副腎ステロイドによって制御される生理機能が阻害されたことから、胎生期のオステオカルシンが生体恒常性にまで影響を与えることが示されました。加えて、この内分泌フィードバックループにおけるオステオカルシンが視床下部-下垂体-副腎系とは無関係に制御されていることが示唆されました。

以上から、胎生期のオステオカルシンが副腎の成長を介して成体の生理機能に影響を与える、というオステオカルシンの新たな機能が示されました。出生後の副腎の大きさや血中K+濃度などが、胎生期のオステオカルシンに依存するという点が興味深かったです。出生後にオステオカルシンを投与することで副腎ステロイド産生が顕著に上昇したことから、副腎機能不全の治療開発につながる可能性があるのかが気になるところでした。また、サルを用いた実験やホルモンの測定方法などといった実験手法を学ぶことができ、勉強になりました。

Ca2+依存性Cl-チャネルAnoctamin 1が、破骨細胞の酸分泌に必要なCl-の細胞外排出を促進するだけではなく、RANKL刺激依存的にRANK受容体と結合することで、下流のCa2+シグナル経路の活性化を促進したり、RANKとTraf6との結合性を強めることで、Nf-kB経路、AKT経路、MAPK経路の活性化を促進した結果、破骨細胞分化を促進することを明らかにした内容でした。これまでのCl-チャネルの研究と異なる点として、酸分泌のみならず破骨細胞の分化そのものにも寄与している点が興味深かったです。また、破骨細胞特異的Ano1マウスの骨表現型を解析し、Ano1 KOで破骨細胞数の減少、それに伴う骨量の増加を示しただけではなく、破骨細胞特異的Ano1過剰発現Tgマウスも作製することで、一貫した表現型のデータを示していました。さらに、骨粗鬆症との関連として、骨粗鬆症患者ではAno 1が高発現していることを示しており、イオンチャネルはGPCRに続いて、治療標的となりえる膜タンパク質であるため、Ano1は骨粗鬆症の有望な治療標的であると考えられます。

今回の論文は，かつての共同研究者のピッツバーグ大学のJean-Pierre Vilardaga教授の論文です。副甲状腺ホルモン（PTH）は，骨吸収を促進することで，血中カルシウム濃度の調整に重要な役割を持つホルモンです。不思議なことに，副甲状腺ホルモン製剤は，一日一回または週に一回皮下投与されると，骨量が増加することから，骨粗鬆症の治療に用いられています。副甲状腺に関わる病気としては，副甲状腺機能低下症や副甲状腺機能亢進症が知られています。

副甲状腺ホルモンは，アミノ酸からなるペプチドで，胃や腸で消化されてしまうので，経口投与できません。そこで，経口投与可能な副甲状腺ホルモン受容体に作用する低分子化合物の開発が大いに求められています。

今回の論文では，複雑な分子動力学シミュレーションを用いて，低分子化合物が結合しやすいアロステリック部位（受容体の基質が結合する本来の場所とは違う場所）の同定とそこに結合する低分子化合物の同定に成功しました。その結果，Pitt8とPitt12という低分子化合物が，PTHのシグナル伝達を抑制する効果を持つことが示されました。実際に，Pitt12を動物に投与すると，PTH投与による血清カルシウム濃度の上昇を抑えられました。このことから，今回発見した低分子化合物は，副甲状腺機能亢進症の治療薬の候補として期待されます。

今回，非常に複雑なシミュレーションや受容体の立体構造に関する内容で，理解するのが非常に困難でした。ハイスループットスクリーニングという，ある意味ランダムな手法に比べて，非常に効率的に，創薬標的分子に結合する化合物を見出すというエレガントな手法に感銘を受けました。特に，ペプチドホルモンが結合するようなクラスBのG-タンパク質共役型受容体（GPCR）に対しては，経口投与可能な薬物が求められており，今回の手法を他のクラスBのGPCRにも応用できるのではないかと思いました。

　関節リウマチ(RA)はいまだに原因がよくわかっていない自己免疫疾患で、ヒュミラ（アダリムマブ）といった抗体医薬などが利用されますが、高価であることなどの難点がまだあります。RAは滑膜の線維芽細胞が一つの原因とされており、本研究ではこの滑膜線維芽細胞に着目しました。

　これまで、解剖学的には、滑膜直下の線維芽細胞をPRG４陽性のライニング（表層）線維芽細胞、さらにその内側に存在するTHY1陽性のサブライニング（深層）線維芽細胞の存在が知られていました。そのうちのTHY1陽性線維芽細胞の方が悪玉であることが報告されましたが、その実際の病態への寄与や分化メカニズム、シグナル伝達などは不明でした。

　その線維芽細胞は内皮細胞に近づくほどにTHY1の遺伝子発現が高く、解剖学的な位置と遺伝子発現の勾配が相関することが分かりました。さらに、血管内皮細胞由来のリガンド(DLL4, JAG1)が、線維芽細胞上に存在する受容体(NOTCH3)に作用し、THY1遺伝子発現を上昇させ、サブライニング線維芽細胞のプールをつくることで、RAの症状を発症させることを解明しました。マウスへのNotch阻害でRAのレスキューが出来たことから、RAへの新たな治療標的として、Notch阻害剤が示唆されました。

　動脈が存在すると、そこからNotchリガンドがでることで、線維芽細胞へ影響を与えることが分かったことは、今後血管浸潤といった表現型に対する考察の幅が広がりました。また、原因細胞の同定ができたとしても、悪玉サブセットの存在を考慮すべきと思えました。

　原因細胞とそのシグナルを同定する手順や示し方は、とても綺麗なものでした。対して、scRNA-seqの強さとハーバード大学の研究の大胆さに圧倒されました。

RNA結合タンパク質(RBPs)の凝集は、RNA-タンパク質複合体の濃度や局在を調節しています。筋萎縮性側索硬化症(ALS)の病態の中心はRBPであるTDP43というタンパク質の変異です。TDP43の多くの変異はC末端ドメイン(CTD)で起きていることが知られています。この研究ではCTDのうちいくつかの領域を欠損させた変異体を作成したところ、conserved region(CR)という領域欠損の変異体で、TDP43の核内での凝集が起きにくくなることが分かりました。

次に、タンパク質のRNA上の結合部位を決めるiCLIP法を用いて、WTとCR欠損変異体を比較しました。すると、CR欠損により結合しづらくなる部位とCR欠損しても結合できる部位があることが判明しました。同様にRNAの長さによる結合のしやすさについてWTとCR欠損変異体で比較すると、100nt以上の長いRNAではCR欠損により結合しづらくなり、それ以下の短いRNAではCR欠損しても結合することが判明しました。これらの結果から、長いRNAの特定の配列ではCR依存的にTDP43がRNAに結合することが分かりました。

このようなCR依存的な配列はTDP43をコードするTARDBPにも含まれており、通常はTDP43がTARDBPに結合してRNAプロセシングを制御しているものの、CR欠損変異体ではRNAプロセシングが亢進しTDP43タンパク質が増加することが分かりました。この研究の成果はTDP43のRNA制御のメカニズムの一部を解明していて、ALSなどの病態治療に応用されることが期待されます。また、TDP43については多くの論文が書かれているものの機能の全貌が明らかになっておらず、興味深いタンパク質だと感じました。

「SLPIは、PTH誘導性の骨形成を制御する重要なメディエーターである」

PTHは、骨吸収から骨形成への移行を促進して骨形成を促進することから、骨粗鬆症の治療薬として用いられています。PTHの同化作用には破骨細胞による骨吸収が必要であるとされていますが、PTHが骨芽細胞及び破骨細胞を協調的に制御するメカニズムは不明です。

今回の論文では、網羅的遺伝子発現解析から、セリンプロテアーゼ阻害作用を持つSLPI（secretory leukocyte protease inhibitor）の発現がPTHによって上昇することを見出しました。SLPIは、骨芽細胞自体の中で作用して遺伝子発現を制御することで、骨形成を促進しました。また、生体多光子顕微鏡を用いて、骨芽細胞と破骨細胞による骨リモデリングを可視化したところ、SLPIが骨芽細胞の破骨細胞に対する接着能を増強し、骨芽細胞と破骨細胞の細胞間コミュニケーションを促進することを示しました。この研究グループは以前、骨芽細胞と破骨細胞の直接的な接触が、破骨細胞の骨吸収活性を阻害することを報告しました。

これらのことから、SLPIは、骨芽細胞による骨形成を促進すると同時に、骨芽細胞の周りに破骨細胞を引き寄せることで、骨吸収を抑制することが示唆されました。PTHがSLPIを標的とし、骨芽細胞と破骨細胞の細胞間コミュニケーションを促進するという結果でしたが、SLPIがこれらの細胞を制御する、より詳細なメカニズムの解明が期待されます。

今回の論文を発表した研究グループは、生体の骨内部の観察を世界に先駆けて行っており、今回の論文でも生体の骨芽細胞及び破骨細胞を観察することで、SLPIの役割を明らかにしました。骨は石灰質に囲まれた硬い組織であるために、これまで生体での観察は困難でしたが、生体の多光子励起イメージングの活用により、今までは見えなかった生体における骨や骨髄のさらなる機能が明らかになることと期待されます。

「頭蓋縫合再生により、頭蓋縫合早期癒合症における頭蓋骨および神経認知障害が緩和する。」

本研究では、冠状縫合の早期癒合を呈するTwist1+/-マウスにおいて、頭蓋内圧亢進による認知機能低下を明らかにし、頭蓋縫合早期癒合症のモデルマウスとして有用であることを明らかにしました。また、このマウスに対して、Gli1＋間葉系幹細胞とゼラチンベースのGel-MAを組み合わせた縫合再生手術を行うことで、6か月以上維持される縫合が再生され、その結果、頭蓋骨形成異常・頭蓋内圧亢進や脳体積低下が改善され、認知機能が向上するという内容でした。特に、縫合再生には硬膜組織の内在性Gli1+細胞が移植組織中に動員されることが必須であり、外因性Gli1＋を含む移植組織が内在性Gli1＋細胞を誘導するニッチを形成していることが興味深かったです。縫合再生のさらなる分子メカニズムが明らかになれば、より簡便で侵襲性の低い治療法確立が期待されるため、今後の研究が興味深いです。

「RANKL刺激による骨吸収の際に破骨細胞はオステオモルフを介してリサイクルする」

一年ほど前にCellに掲載されたオステオモルフ発見の論文です。破骨細胞は，骨を吸収する細胞ですが，破骨細胞分化誘導因子RANKLの刺激によって，単球・マクロファージ系の細胞が融合して，巨大で多数の核をもつ破骨細胞へ分化します。破骨細胞は，骨粗鬆症，関節リウマチ，骨パジェット病，癌の骨転移等の病理学的なプロセスにおいて，重要な役割を持っており，生体内での破骨細胞の活動を理解することは臨床的にも重要です。今回の論文では，二光子励起顕微鏡という特殊な顕微鏡を用いて，破骨細胞の生体内ライブイメージングが行われました。その結果，破骨細胞がRANKLで刺激されると，一部が，分裂と融合を繰り返すということが発見されました。著者らは，破骨細胞から分裂した小さな細胞をオステオモルフと名付けました。興味深いことに，RANKLのシグナル伝達を阻害した後，しばらくすると，破骨細胞が非常に活性化されるということも見いだされました。このことは，デノスマブなど抗RANKL抗体休薬後に，骨折や著しい骨減少が起こるという臨床報告と関連している可能性が示唆されました。オステオモルフを単離する方法を開発して，シングルセルRNA-seqを行った結果，オステオモルフは，破骨細胞とも単球・マクロファージとも異なる遺伝子発現パターンを示していました。さらに，著者らは，オステオモルフで発現が上昇している遺伝子に着目し，ノックアウトマウスのデータベースを検索すると，それらの遺伝子の内17遺伝子が，骨量および骨強度に関与することが判明しました。さらに，著者らは，ヒトのバイオバンクのデータベースを検索することにより，オステオモルフで発現上昇する遺伝子の内，22個が，単一遺伝子による骨系統疾患と関連し，71個の遺伝子がヒトの骨密度の変化と相関がありました。今回，これまで骨代謝と関連するとは知られていなかった遺伝子を複数発見されましたが，オステオモルフ遺伝子が，単一の遺伝子変異で起こる骨系統疾患と骨粗鬆症など多因子でおこる骨格疾患のどちらにも関与していることが示されたのは興味深いと思います。オステオモルフが骨の恒常性と疾患において重要な役割を果たすことが示され，将来の創薬のための貴重な資源となることが期待されます。

破骨細胞の研究は，非常に盛んに行われていますが，このようにまだまだ新しい現象が見つかるとは驚きです。破骨細胞研究は奥が深いですね。

本日は、２０２１年のアメリカ骨代謝学会のMusculoskeletal Development（筋骨格系の発生）の口頭発表のセッションを視聴しました。内容は以下の４つの演題でした。今年は、当研究室から１名が参加しますが、その予行練習にもなりました。

1. 細胞張力に関係するYAP/TAZの骨芽細胞前駆細胞における機能を解析したところ、YAPとTAZは、出生前の骨形成において、骨芽細胞による自律的な骨形成と骨・血管形成の結合の重要なメディエーターであることが明らかとなりました。

2. Matrix Gla タンパク質（MGP）は、細胞外マトリックス（ECM）の石灰化を強力に抑制するタンパク質ですが、最近、MGPの細胞外への分泌に必要なシグナルペプチドの切断部位に突然変異を持つ骨系統疾患の患者が報告されました。今回の発表では、同じ変異をもつマウスを作製し、この変異体では、シグナルペプチドが保持され、タンパク質の分泌障害、細胞内タンパク質の蓄積、小胞体ストレス、細胞死が引き起こされることが明らかにされました。

3. 400人以上の患者から採取した骨格系幹細胞を用いて、シングルセルトランスクリプトーム解析を行った結果、加齢に伴う骨格の脆弱化や非組織化、線維性異形成症や腫瘍性骨格疾患の発症には、骨格系幹細胞の多様性の変化が重要であることが示唆されました。

4. キャッチアップ成長とは、一時的に成長が阻害された後に、生物の成長が加速されるという現象です。この現象には、成長板軟骨の静止領域の細胞が関与している可能性が示唆されていましたが、その背景にある細胞・分子機構は不明でした。成長版の静止領域の幹細胞を標識する事ができるマウスを用いて、実験を行ったところ、カロリー制限すると、幹細胞の増殖が加速され、増殖軟骨細胞への分化が抑制されていることがわかりました。カロリー制限を解除すると、幹細胞が速やかに増殖軟骨細胞への分化を再開し、対照群のマウスに成長が追いつきました。どのようなメカニズムでカロリー制限が、静止領域の幹細胞の増殖と分化を制御するのか、解明が期待されます。

1. Collins, Joseph, et al. "YAP and TAZ mediate osteogenic-angiogenic coupling during prenatal development." JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH. Vol. 37. 111 RIVER ST, HOBOKEN 07030-5774, NJ USA: WILEY, 2022.

2. Gourgas, Ophelie, et al. "Understanding how a novel heterozygous variant in matrix Gla protein gene causes skeletal anomalies." JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH. Vol. 37. 111 RIVER ST, HOBOKEN 07030-5774, NJ USA: WILEY, 2022.

3. Ambrosi, Thomas, et al. "Tractable Human Skeletal Stem Cell Diversity Shapes Bone Development and Regeneration." JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH. Vol. 37. 111 RIVER ST, HOBOKEN 07030-5774, NJ USA: WILEY, 2022.

4. Oichi, Takeshi, et al. "Lineage tracing of Axin2+ cells revealed dynamic behavior of chondroprogenitor cells in the growth plate during temporal growth inhibition and catch-up growth." JOURNAL OF BONE AND MINERAL RESEARCH. Vol. 37. 111 RIVER ST, HOBOKEN 07030-5774, NJ USA: WILEY, 2022.

「局所のリンパ管を標的としてFGFR3-BMPR1a経路を介した異所性骨化の改善」

　異所性骨化（HO）はFOPなどの先天性疾患に加えて、外傷などによって後天的に発症することがあります。そのうち、アキレス腱損傷では異所性骨化が誘導されることが知られています。また、リンパ管が形成されることも報告されています。

　これまでのＨＯに関する研究では、様々な間葉系細胞と分子シグナルについて報告されてきましたが、Col2陽性の間葉系細胞では調べられていませんでした。このCol2陽性細胞では、軟骨無形成症やタナトフォリック症の原因遺伝子であるFGFR3を発現しており、このCol2陽性細胞におけるFGFR3とHOの関係性も全く知られていませんでした。

　本論文では、アキレス腱断裂マウスを用いて、この異所性骨とリンパ管の関係性を示しました。リンパ管を形成するリンパ管上皮細胞（LEC）に予想外にも運命変化したCol2陽性細胞がアキレス腱修復過程において、リンパ管を形成することによって異所性骨の病変部における炎症を減少し、症状を和らげることを示しました。特に、LECでのFGFR3のシグナルは、LECを増殖させてリンパ管形成を促進するが、反対にFGFR3の欠損はBMPR1aシグナルの上昇によってLECへの分化を抑制することでHO形成を悪化させることを示しました。このことからFGFR3を活性化させることで、リンパ管形成を促し、局所の炎症レベルを下げさせることによって、HO形成にかかわる炎症性のマクロファージなどを減少させ、異所性骨化だけでなくリンパ管機能不全に関連したリンパ管浮腫などの治療戦略になりうることを示しました。

　リンパ管の知識に加えて、HOとリンパ管の関係性など勉強になりました。一般的に軟骨と関連するCol2陽性細胞がリンパ管形成に寄与することは興味深かったです。異所性骨化での細胞系譜解析の手法と考察の流れは参考になりました。

「食事依存的なTGFβの制御は、脱髄後の自然免疫応答を障害する」

ミクログリアのミエリンクリアランス機能は、多発性硬化症(MS)のような脱髄疾患における神経系の機能の修復に必要です。今回の論文では、糖分や脂質が高い食事であるWestern Diet(WD)摂食マウスを用いて、ミクログリアの機能の評価を行っています。実験の結果、WD摂食マウスではミクログリアのミエリンクリアランス機能が低下しているため、脱髄修復が滞っていることが分かりました。また、この原因がWDによるLiver X receptor(LXR)の活性化制御であるということが示唆されました。

一方、肥満状態の時、TGFβは血漿、脳、脂肪組織で上昇するということが知られています。そこから着想を得てWD摂食マウスのTGFβ発現を評価すると、有意に上昇していることが分かりました。また、TGFβ上昇の結果、LXRシグナルの下流の遺伝子が減少していることが分かりました。

最後に、TGFβと相反する作用をもつトリガー受容体2(TREM2)を活性化させる抗体である4D9をWD摂食マウスに投与したところ、脱髄修復が促進されました。同様の作用が加齢マウスにおいても見られたことから、４D9が脱髄修復を促進する薬剤として使用できることが示唆されました。

現在自分の研究としてDullard KOマウスの解析を行っていますが、Dullard KOによりTGF-βが上昇することが知られているため、ミクログリアやLXRシグナルに影響が出ているのではないかと気になり、今後実験したいと考えました。また、脱髄修復機構について学ぶことができて、大変勉強になりました。

「RANKは、胸腺制御性T細胞を妊娠中の胎児死亡及び妊娠糖尿病と結びつける」

妊娠が成功するかどうかは、母体にとって異物である胎児を免疫学的に許容すること（免疫寛容）ができるかどうかで決定されます。制御性T（Treg）細胞は、妊娠の維持に重要であり、Treg欠損マウスでは流産が起こること、妊娠糖尿病ではTreg細胞が減少することが報告されています。一方、Treg細胞を放出する胸腺は、思春期をピークにその後萎縮していきますが、妊娠中には顕著に変化することが知られています。この胸腺において、RANKシグナル伝達が、胸腺Treg細胞の発生に関与する髄質胸腺上皮細胞（mTEC）の成熟を制御することが報告されています。

本論文では、胸腺特異的Rank欠損マウスの胸腺や妊娠中の胎盤、内臓白色脂肪組織でTreg細胞が減少することが分かりました。さらにこの欠損マウスでは胎児死亡や耐糖能障害が見られ、その仔マウスは巨大児として生まれるとともに、耐糖能障害が引き起こされました。これらの障害は、欠損マウスに、妊娠しているマウスの胸腺Treg細胞を移植することによってレスキューされました。以上のことから、妊娠時、RANKが胸腺Treg細胞の増加を促進し、母体の免疫寛容、及び世代間にわたる糖代謝に重要であることが示されました。

破骨細胞分化において重要な役割を担っているイメージの強いRANKですが、胸腺ではTreg細胞を調節することで、妊娠中や出産後の糖代謝にまで深く関与している点が興味深かったです。また、高齢出産では流産になる可能性が高まりますが、これが年齢と共に萎縮していく胸腺と関係があるのか（週齢数を増やしたマウスでは胎盤のTreg細胞が減少するのか）が気になりました。

「可溶性CD13はブラジキニン受容体B1の活性化により炎症性関節炎を誘発する」

CD13は骨髄細胞や間質細胞に発現する細胞表面糖タンパク質です。CD13はaminopeptidase Nとも呼ばれ、細胞膜上で、様々なサイトカイン・ホルモンのN末端を切断したり、酵素活性非依存的に様々な細胞内シグナル伝達にも寄与しています。また、CD13はMMP-14によって切断され、可溶型CD13(sCD13)として、細胞外へ放出されます。近年の研究で、健常人や変形性関節症の患者と比べて、関節リウマチ患者（RA）の関節液においてsCD13の発現が高いことが報告されました。また、sCD13は非常に強い細胞遊走作用を有しており、滑膜組織へのマクロファージの浸潤および、関節炎の発症において重要な機能を有していることが示唆されました。しかしながら、sCD13がどの細胞集団に発現するどの受容体に結合することで、関節炎の発症に関与しているかは不明です。筆者らの先行研究において、sCD13がGタンパク質共役型受容体 (GPCR)に作用する可能性が示唆されました。

そこで、本論文では、オーファンGPCRに対するハイスループットスクリーニングを行うことで、sCD13に対する新たな受容体である、Bradykinin B1受容体 (B1R)を同定しました。さらに、公共データベース上の、RA患者の滑膜組織におけるsingle-cell RNA-sequencingの結果から、単球・マクロファージの細胞集団がCD13およびMMP-14を高発現しており、線維芽細胞集団がB1Rを発現していることを同定しました。関節炎発症におけるsCD13-B1R軸の機能を明らかにするために、様々な関節炎発症モデルマウスを用いました。B1R阻害剤やB1RのノックアウトによりsCD13-B1Rシグナルを阻害すると、下流のErk1/2のリン酸化が阻害され、細胞遊走や炎症性サイトカインの発現が減少することで、関節の炎症が回復しました。

以上のことから、関節炎発症において、sCD13-B1R軸が重要であり、ゆえに関節炎の治療に対する有望な治療標的となりうるという内容でした。

関節炎発症における新たなメカニズムを解明する興味深い論文でした。

「老化した免疫細胞はグランカルシンを放出し、骨格の老化を促進する」

近年，老化した細胞が，体内に蓄積して，種々のサイトカインを萌出することで，炎症を引き起こすと言う概念が提唱されています。今回の論文では，グランカルシンというタンパク質が，老化したマウスの骨髄内の免疫細胞から分泌されて，骨形成を抑制して，脂肪細胞分化を促進しているということが報告されました。

本論文では，質量分析を用いたグランカルシンの発見にはじまり，そして生体マウスでの機能の証明をし，さらに，グランカルシンは，骨髄間質細胞を標的として，しかもその受容体がPlexinB2であることまで突き止めました。さらに，グランカルシンの中和抗体を作製して，老化したマウスの骨量を改善させることまで報告しています。

膨大な量の実験に裏付けられた研究で，脱帽しました。今後，グランカルシンを標的とした，老化の進行を遅らせるような老化治療薬の開発につながることが期待されます。

Mammalian digit tip regeneration: from phenomenon to molecular mechanism

（哺乳類の指先の再生：現象から分子メカニズムへ）

Jessica Lehoczky, Ph.D.

脊椎動物の中には、切断された手足やヒレなどを再生（エピモルフィック再生）することができる動物がいます。エピモルフィック再生ができる代表的な動物としてはゼブラフィッシュやサンショウウオなどが挙げられます。哺乳類においてこの能力は制限されていますが、幼いマウスやヒトでは切断された指先が再生されることが分かっています。

指先が切断されると、初期の炎症と創傷治癒のプロセスに続き、再生芽細胞の形成が起こります。この再生芽細胞は、高い再生能力を持つゼブラフィッシュやサンショウウオ、また、マウスなどにも共通する構造です。しかしながら、再生芽細胞の詳細な役割は明らかではなく、再生芽細胞がどのように再生組織を生じさせるかについては、二つの仮説が存在しています。始めに提唱された仮説は、再生芽細胞が多能性を有し、再生組織に分化することができる、という仮説です。しかし、その後の研究から、そもそも芽細胞が不均一な細胞集団であり、再生時にはその起源となる組織にのみ寄与する、という仮説が支持されるようになってきました。

これまで、後者の仮説を支持する報告が多くされてきましたが、再生芽細胞に存在する細胞型の正確な説明と関連性の高い細胞型間での系統制限（組織特異的な系統に分化すること）についての十分な評価はされていません。また、サンショウウオにおけるシングルセル (sc) RNA-seq解析では、再生芽細胞の不均一性が示された一方で、多能性線維芽細胞様前駆体が存在することが分かり、再生芽細胞が分化転換を支持している可能性が示唆されました。

今回発表されたテーマでは、マウスの指先における再生芽細胞のscRNA-seq解析により、シュワン細胞やマクロファージなどの他に、再生芽細胞内にはT細胞や単球、破骨前駆細胞などが存在することが明らかになりました。これらの切断後の芽細胞に存在していた不均一な細胞は、切断のない指先で同定された細胞型のほとんどを占めていることが分かりました。また、線維芽細胞は再生芽細胞の大部分を占め、再生に重要だとされていますが、今回の解析から、Mestの他に、Ccl2やMmp13などが再生中の線維芽細胞のマーカーとなり得る可能性が示唆されました。

今回の内容は、再生芽細胞が不均一で系統制限される細胞集団である、という仮説を支持する結果となりました。一方で、再生芽細胞が本当に分化転換しないのかどうか、という点については明らかにはなっていません。再生芽細胞についての理解が深まることで、将来的にはエピモルフィック再生ができる動物とできない動物の違いや、エピモルフィック再生の詳細なメカニズム解明が期待されます。

この発表に関連する論文

・Johnson GL et al. Cellular Heterogeneity and Lineage Restriction during Mouse Digit Tip Regeneration at Single-Cell Resolution. (Dev Cell. 2020 Feb 24;52(4):525-540.e5.)

Learning for the Axolotl’s Natural Ability to Regenerate Limbs

（アホロートルがナチュラルアビリティとして有する四肢再生能力についての学び）

Elly Tanaka, Ph.D.

アホロートル（メキシコサンショウウオ）は、優れた再生能力を有しており、四肢を切断すると再生芽細胞が蓄積します。骨、軟骨、腱や間質性線維芽細胞を含む結合組織（CT）系統は、この再生芽細胞の多くを占めており、四肢の再生に重要とされています。しかしながら、これまではこの細胞集団を分離することができなかったため、成熟したCT細胞が再生芽細胞をどのように形成しているかは明らかではありませんでした。発表者は、Cre: loxPレポーターライン及びscRNA-seqを用いることで、CT細胞の再生芽細胞に対する機能解明を試みました。今回の結果から、成熟したCT細胞が再生芽細胞を形成する際に、多能性の骨格系前駆細胞のプールに脱分化することが明らかになりました。また、皮膚線維芽細胞が四肢の再生に寄与することが示唆されました。

さらに、変態中に再生能力を失うアフリカツメガエルとサンショウウオの組織を互いに移植することで、このCT細胞の脱分化が、再生能力のない動物で起こるのかどうかを調べていました。結果として、変態後のカエルの線維芽細胞は、多能性四肢骨格前駆体に脱分化できない可能性が示唆されました。また、軟骨分化のプログラムが、カエルの変態前後で異なることが明らかになりました。

二つ目のテーマについての論文では、アホロートルの再生芽細胞で見られる脱分化は、アホロートルの肢環境には存在しない「再生誘導物質」によって引き起こされている可能性が言及されています。この仮説を検証するためには、カエルの線維芽細胞をアホロートルの肢芽細胞に移植することが必要ですが、拒絶反応により実行が困難であったため、この非互換性の克服が今後の研究に重要だということでした。

この発表に関連する論文

・Gerber T et al. Single-cell analysis uncovers convergence of cell identities during axolotl limb regeneration. (Science. 2018;362(6413):eaaq0681. )

・Lin TY, et al. Fibroblast dedifferentiation as a determinant of successful regeneration. (Dev Cell. 2021;56(10):1541-1551.e6. )

「限局性軟骨骨化は、骨形成不全症のFkbp10マウスモデルにおける関節機能障害と運動障害の根底にある」

骨形成不全症（OI）は、Col1a1やWnt1, Osxなどの様々な原因遺伝子が同定されており、易骨折性や胸郭不全による呼吸困難などが見られる骨系統疾患です。本論文の著者らは、以前、 FK506 Binding Protein 10 (FKBP10)遺伝子が、関節拘縮を伴う骨形不全症の原因遺伝子であることを示しましたが、その病態メカニズムはあまり理解されていませんでした。本論文では、腱特異的なFkbp10欠損による結合組織での異所性軟骨化を段階的に示しました。まずFkbp10の欠損によって、リシンの水酸化がうまくいかずにコラーゲンの架橋が減少することで、結合組織に必要なⅠ型プロコラーゲンが成熟不全となりました。さらに、異所性骨化に関連するヘッジホッグシグナル（Hh）や炎症マーカーの増加なども見られ、線維化や炎症が異所性軟骨病変部の局所で起こり、異所性軟骨形成や進行性の関節変形、歩行・運動障害が発症しました。このマウスに、Hhの受容体であるSmoothenedの欠損を導入し、遺伝学的にHhシグナルを抑制することで、Fkbp10変異マウスの異所性軟骨形成や病変部局所的な炎症、運動障害をレスキューすることが出来ました。本研究により、骨形成不全症の関節障害におけるFKBP10の病理学的意義が解明されました。

本論文の実験手法と表現型の示し方は、現在、自身の研究でも検討しているものが多く、特に組織学的解析は参考にしたいと思いました。また、インパクトの高い論文にするには、レスキュー実験がポイントと思えたので、阻害剤投与や遺伝学的手法についても参考にしたいと思います。

「アストロサイトにおけるTDP-43の欠損は、A1様反応性表現型とトリグリア機能障害を誘発することにより、運動障害を引き起こす」

異常なTDP-43凝集は、成人発症神経変性疾患である筋萎縮性側索硬化症（ALS）や前頭側頭型認知症（FTD）の病理学的特徴の一つです。TDP-43凝集体はアストロサイト(中枢神経系に存在するグリア細胞の1つ)にも見られるものの、神経機能と疾患の病因にどのように影響するかは分かっていません。本論文では、アストロサイトにおけるTDP-43の正常な役割を解明するため、アストロサイト特異的TDP-43 KOマウスの解析を行いました。アストロサイトでのTDP-43欠損がオリゴデンドロサイト(中枢神経系内のグリア細胞の一つで、ミエリン（髄鞘）形成を担う)前駆細胞に影響を与えることなく成熟オリゴデンドロサイトに影響を及ぼすこと、ミクログリアがA1反応性アストロサイトを誘発することを引き起こして、運動障害を起こすということが示されました。その際、運動ニューロンの欠損や神経筋接合部の異常が見られなかったことから、TDP-43欠損が運動障害の発症に関連するアストロサイトの保護機能を維持するのに必要であると示唆されました。この研究は、TDP-43を介した機能障害のメカニズムの一部を明らかにしていて、このメカニズムを完全に解明することが、ALSやFTDなどのTDP-43関連疾患の治療法への新たな戦略となると期待されます。

本論文を通して、グリア細胞をはじめとした神経に関連する細胞についての知見が広がりました。また、脊髄の凍結切片を使用した免疫染色やqRT-PCRなど自身の研究に活かせる内容も多く、参考になりました。

「Lkb1は肝臓でのアミノ酸駆動型糖新生を抑制する」

肝臓での過剰な糖新生は、2型糖尿病で特徴的な高血糖を引き起こす重要な因子です。過去の研究から、肝キナーゼB1（Lkb1）を欠損させると、絶食時に糖新生が亢進して高血糖となることが報告されていました。本論文では、絶食時だけでなく摂食時においても、肝細胞特異的Lkb1欠損マウスで高いアミノ酸異化作用により糖新生が促進されることを示しました。この肝臓特異的Lkb1欠損マウスは、筋を犠牲にしてアミノ酸代謝を肝代謝に利用することで、長期的にはサルコペニアや悪液質を引き起こしました。また、アミノトランスフェラーゼ、特にAgxtがLkb1の抑制機能を持つエフェクターであることが示唆されました。

興味深かった点は、肝臓特異的Lkb1マウスの表現型の中でも、短期的には脂肪量が増加するものの、長期的には脂肪が顕著に減少するという点です。また、このマウスではサルコペニアが引き起こされましたが、サプリメントデータでは筋線維の面積も顕著に減少していたにも関わらず、骨格筋のシグナル伝達には変化がなかったこと、肝臓が機能的にも構造的にもほとんど変化がなかったことが印象に残りました。筋肉の表現型については、自身の研究にも関わる内容だったため、勉強になりました。

「CPEB1は、翻訳ランドスケープの再プログラミングにより、筋幹細胞の活性化を誘導する」

骨格筋幹細胞である衛星細胞は、厳密に静止状態が維持されていますが、筋損傷などの外部刺激に応答して、即座に活性化することができます。しかしながら、衛星細胞が、静止状態から活性化状態へと移行するメカニズムは明らかではありません。本論文では、静止状態および活性化状態の衛星細胞を単離し、トランスクリプトームおよびプロテオーム解析の結果を照合することで、活性化状態への移行には翻訳制御が重要であることを見出しました。さらにmRNAの3’UTRに結合することで、poly (A) tailの伸長を促進し、翻訳を制御するCPEB1というRNA結合タンパク質が、その標的である翻訳装置関連遺伝子の翻訳を促進することで、活性化状態への移行に必要な翻訳ランドスケープを変化させることを明らかにしました。衛星細胞において遺伝子発現量が高いのにも関わらず、タンパク質の発現量が低いことに焦点を当て、活性化状態への迅速な移行は翻訳促進により開始されることやCPEB1がその過程における機能因子であることを同定した内容で、非常に勉強になりました。また、CPEB1が、筋原性の転写因子であるMyod1 mRNAの3‘UTRに存在するCPE配列に結合することで、Myod1の翻訳を促進し、衛星細胞の筋分化を促進することを示しました。活性化状態の移行にはCPEB1のリン酸化が必要であり、インスリンによるCPEB1のリン酸化により筋損傷が改善され、CPEB1をリン酸化するオーロラキナーゼの阻害剤を処理すると筋損傷が治癒しないことが分かり、筋組織の修復にCPEB1が重要である可能性が示唆されました。本研究を通じて、mRNAの翻訳・安定性を検討するためのLuciferase assayや、RNA免疫沈降実験など、自身の研究内容に大きく関わる内容が多く、参考になる論文でした。

「骨髄脂肪形成前駆細胞は、骨リモデリングおよび病的骨量減少において破骨細胞形成を促進する」

骨は、骨芽細胞による骨形成と破骨細胞による骨吸収によるバランスによって維持されています。このバランスが崩れることによって、骨粗鬆症などの病気が発症することが知られています。破骨細胞の分化を支持する細胞として、これまでに、骨芽細胞や骨細胞が重要であるということが報告されてきました。本論文では、骨髄中に存在する脂肪細胞の前駆細胞が、破骨細胞分化を支持するのに、最も重要な細胞であるということが明らかにされました。これまでの常識を覆すような内容でした。

著者らは、Col2-Cre陽性の骨髄細胞の単一細胞RNAシークエンシング解析を行いました。その結果、脂肪細胞前駆細胞(MALP)は、マクロファージなどと最も相互作用する可能性が高いということが統計学的な解析で明らかになりました。さらに、Adipoq-Creを用いて、脂肪細胞特異的に破骨細胞分化誘導因子RANKL遺伝子を欠損させたマウスを作製しました。その結果、そのマウスでは、特に、海綿骨の顕著な増加が見られましたが、破骨細胞数の減少と骨形成の低下を伴っていました。細菌由来のリポ多糖誘導性の骨減少モデルでは、このマウスは、骨吸収に抵抗性を示しました。さらに、卵巣摘出の閉経後骨粗鬆症モデルマウスでは、部分的に、骨減少に抵抗性を示しました。

以上の結果より、MALPが、RANKLを介して、通常の骨リモデリングと病的な骨減少症において、重要な役割を果たす細胞であるということが明らかになりました。

今回の研究によって、RANKLを発現する細胞の種類によって骨リモデリングが区別されて制御されているのではないかという可能性が考えられます。私が骨代謝研究の世界に入ったときは、RANKLを出すのは骨芽細胞というのが常識でしたが、2011年に骨細胞がよりRANKLを多く発現するという報告があり、驚いた記憶があります。今回は、脂肪細胞前駆細胞が破骨細胞分化を制御する重要な細胞であるということがわかりました。今回の発見は単一細胞RNAシークエンシング解析によって明らかになったことだと思いますので、科学技術の進歩が、これまでの世界観を書き換えていくということを感じました。

ちなみに、Col2-Creは、軟骨細胞や骨芽細胞でCre遺伝子を発現するマウス系統なのですが、今回、彼らは造血系の細胞でも、Col2-Creが発現しているということを見出しています。間葉系細胞の挙動を調べたかったので、血球系の細胞の混入を嫌いますが、今回、一緒に解析することによって、間葉系細胞と造血系の細胞の相互作用が明らかにされたとも言えるようです。

Translating the Biology of Aging to the Skeleton Part I

Proteostasis, Autophagy and the Skeleton

Melda Onal, Ph.D.

タンパク質恒常性を維持する機能は年齢とともに低下します。本研究ではタンパク質分解プロセスの一つである、Autophagyに着目し、その中でもmacroautophagyとchaperon-mediated autophagy (CMA)が加齢においてどのように骨代謝に関与しているかを検討しました。発表者らは、骨芽細胞系譜細胞において、加齢に伴ってmacroautophagyの低下がみられることを見出し、骨芽細胞系譜および骨細胞特異的にmacroautophagyの機能を低下させたマウスの骨代謝を検討しました。骨芽細胞系譜特異的Atg7 KOマウスでは、顕著な骨量減少が見られましたが、骨細胞特異的Atg7 KOマウスでは、わずかな骨量減少や、老化関連遺伝子p66の蓄積などが見られ、加齢における骨を模倣した表現型が認められました。また、LAMP2 KOによってCMAを低下させたマウスでは、骨量が減少し、酸化ストレスに対する感受性が増加しました。以上から、加齢によるautophagyの低下が骨量減少に寄与することが明らかとなりましたが、autophagyを亢進させることで、骨の老化進行を遅らせることが可能かどうかは、今後の課題となっているといった内容でした。

Senescence and the Skeleton

Maria Almeida, Ph.D.

加齢によって細胞が障害を受けると、一過性に細胞周期が亢進し、分化やアポトーシス、細胞老化などが起こります。発表者らは、加齢による細胞傷害と加齢に伴う骨量減少との関係を明らかするために、アポトーシス機能を阻害したBak Baxダブルノックアウトマウスを作製しました。若齢 (8か月)では骨量が増加したのに対し、老齢 (22か月)骨量が増加したものの、皮質骨において骨粗鬆症様の骨量減少が認められ、アポトーシスが加齢性の骨量減少に寄与しないことが分かりました。そこで、細胞老化に着目し、２つのシステムにより、p16発現老化細胞を特異的に排除するマウスを作製し、薬物による老化細胞死誘導を行ったところ、加齢による骨量減少がレスキューされました。また、老化細胞はSASPを産生することが分かっておりますが、骨組織中においてどの系譜の老化細胞がSASPを産生しているかを検討したところ、造血系譜細胞ではなく、骨芽細胞系譜細胞が主に産生していることが分かりました。また、骨芽細胞系譜細胞特異的に酸化ストレスを低下させたマウスでは骨量加齢に伴う骨量減少がレスキューされ、NAD合成酵素をノックアウトすると骨量が増加しました。以上のことから、加齢に伴って、ミトコンドリアの機能不全がおこることで、酸化ストレスの増加やNADレベルの低下がおこり、骨芽細胞系譜細胞の老化が引き起こされ、その結果、老化細胞によるSASP産生が促進され、骨量が減少するという内容でした。

「AKTは、mTORC1とFOXO1の複合シグナルを介してタンパク質合成と酸化的代謝を制御し、筋生理を支配している」

AKTは骨格筋量の重要な調節因子であり、AKTシグナル伝達の欠陥はサルコペニアやカヘキシア、廃用性の筋疾患に関与しています。しかしながら、骨格筋線維型や代謝機能、及び筋機能の調節におけるAKTとその遠位シグナルの役割についてはほとんど分かっていません。

本論文では、DKO、TKO、さらにはQKOといった多くの欠損マウスを用いることで、AKTがインスリン/IGF-1シグナル伝達経路の必須中間体であり、FOXO1及びｍTORC1の同時制御を介して遅筋とタンパク質合成の維持に関与することが明らかになりました。さらに、AKTシグナル伝達の遺伝的模倣（FOXO1阻害及びｍTORC1活性化）が、廃用性萎縮を防ぐ可能性が示唆されました。

運動機能の測定やタンパク質の合成/分解の評価といった実験方法だけでなく、筋量や筋線維型、及び生理機能の調節に関与する分子基盤について理解を深めることができました。また、本論文では廃用性筋委縮におけるFOXO1とｍTORC1両方の関与が示唆されていましたが、廃用性筋委縮のさらなるメカニズム解明により、サルコペニアやカヘキシアといった他の要因から発症する筋委縮に対する理解も期待されます。

「侵害受容神経は、造血幹細胞の動員を制御する」

痛みを起こす刺激の受容器である侵害受容器から放出されたカルシトニン遺伝子関連ペプチド（CGRP）が、造血幹細胞上に発現している受容体活性調節タンパク質1（RAMP1）およびカルシトニン受容体様受容体（CALCRL）からなるヘテロ二量体受容体を介して、造血幹細胞に直接作用し、Gαs/アデニル酸シクラーゼ/cAMP経路を活性化することで、骨髄から血流への造血幹細胞の動員を促進することが報告されました。それに加え、侵害受容器を活性化することが報告されている、トウガラシの辛味成分であるカプサイシンを含む食事を摂取することでも上述の動員が促進されることが明らかになりました。本研究から得られた知見により、造血幹細胞移植手術後の患者のドナーHSCの血流動員の改善をもたらすことが期待されます。しかしながら、顆粒球コロニー刺激因子（G-CSF） による造血幹細胞の動員が、侵害受容器に直接作用するのか、あるいは骨髄の他の細胞種を介して間接的に影響を与えるのかどうかは不明なままなので、更なる研究が期待されます。

「加齢に伴うVEGFシグナル伝達不全に対処することで、健康的な加齢と寿命の延長が促進される」

加齢により血管内皮増殖因子(VEGF)のおとり受容体の発現が上昇し、VEGFシグナル伝達が阻害され、十分な微小血管密度(MVD)が維持できなくなります。また、このVEGFシグナル伝達不全の改善により、老化における様々な症状が緩和されることを示した論文でした。

血管は全ての臓器が共有する細胞ネットワークであり、全ての細胞は酸素や血液中の物質の供給、老廃物の除去等において、血管に依存しています。そのため、加齢による血管機能の低下が臓器に影響を及ぼし、それにVEGFシグナルが関与しているという仮説のもと、加齢による臓器の諸症状を網羅的に検討していました。本論文の特筆すべき点は加齢に対するVEGFシグナルの万能性であると考えます。加齢による症状は様々で、サルコペニア、骨粗鬆症、後湾症、脂肪肝、肝障害、上皮細胞の老化、酸素消費率の低下、呼吸商の低下、脂肪蓄積、熱産生の低下、炎症、腫瘍形成など非常に多岐にわたります。それら全てがVEGFシグナル伝達不全の改善により軽減されることを、そして寿命が延伸されることを示していました。これらの結果から、VEGFが老化の包括的なゲロプロテクターとなる可能性が示唆されていました。

自身の研究としては骨・関節などの単一臓器のみに着目して実験を行っていますが、本論文のような臓器連関の検討も興味深く感じました。

「FABP4とヌクレオシドキナーゼのホルモン複合体が膵島機能を制御する」

脂肪細胞からエネルギー貯蔵の放出は、エネルギー欠乏時においては生存を支持するために不可欠です。しかしながら、インスリン抵抗性またはインスリン不足に伴う脂肪分解の制御不能や慢性化は代謝ホメオスタシスを破壊します。本研究では、脂肪分解に伴って分泌される循環性のFABP4がアデノシンキナーゼADKとヌクレオシド脱リン酸化酵素NDPKと三者複合体Fabkinを形成することで、膵臓β細胞を制御するという内容でした。I型およびII型糖尿病モデルマウスおいて抗FABP4抗体を投与すると、インスリン分泌が促進され、また、β細胞の細胞死が抑制されました。Fabkinが細胞外のATP合成を促進することで、P2Y1受容体を抑制し、下流で小胞体のCa2+濃度減少が起きた結果、小胞体ストレスが亢進し、アポトーシスが誘導されるというメカニズムを明らかにし、決まった受容体に対し単独で働くというホルモンの役割に関して新たな考えをもたらす、非常に興味深い研究でした。

「骨形成とリンパ球形成のための機械感受性細動脈周囲ニッチ」

骨髄にはたくさんの細胞がつまっています。本日の論文では，骨髄の中で，骨形成とリンパ球形成に重要な役割を果たす新たな細胞種が発見されました。レプチン受容体を発現する細胞は，間葉系幹細胞として，脂肪細胞や骨芽細胞の供給源となっています。今回，著者らは，レプチン受容体を発現する細胞種の中に，オステオレクチンというタンパク質を発現する細胞群が，洞様毛細血管ではなく，細動脈の周囲に存在していることを見つけました。そして，オステオレクチンを発現する細胞は，増殖が盛んで短命でありますが，骨芽細胞の供給源となっていました。さらに，この細胞は，幹細胞因子(SCF)を分泌することで，リンパ球形成にも関与していることも見出しました。この細胞でSCFをノックアウトしたマウスは，リンパ球形成が低下し，細菌感染に弱くなりました。

　今回の論文の目玉は，運動すると，その細胞に発現している機械刺激受容体Piezo1という分子を介して，骨形成とリンパ球形成が促進されるということを発見したことだと思います（この論文が出た後に，Piezo1を発見したアーデム・パタプティアン博士は202１年のノーベル生理学医学賞を受賞しています）。運動により，骨が強くなるということは以前から知られていました。特に，骨の中に埋め込まれている骨細胞が機械的刺激を感知するということが知られていましたが，今回，骨髄の中の細動脈周囲のオステオレクチン陽性細胞も，機械的刺激を感知して，骨量増加と免疫系強化に重要な役割を果たしているという事がわかりました。運動の刺激がどうやって，骨髄の中の細動脈に伝わるのかは興味深いところです。

　今回の研究は，マウスを用いた研究ですが，「運動すると，骨と免疫が強くなる」という分子メカニズムの一端が解明されたのだと思います。

さらに，ASBMR 加齢に伴う骨・筋の相互作用ワーキンググループ発表会 

「筋肉の老化と若返りにおけるプロスタグランジン分解酵素（15-PGDH）の意外な役割 - 骨への示唆」

本日は，ASBMRのリソースにある，スタンフォード大学のBlau教授によるセミナーを視聴しました。サルコペニアの現状をイントロダクションで示していただきまして，教授の一連の研究を紹介してくださいました。

筋肉の幹細胞が周囲の硬さを認識して，幹細胞性を維持しているという発見も興味深かったです。特に，これは，間葉系幹細胞が足場の硬さによって，骨芽細胞や，軟骨細胞，脂肪細胞への分化性を変えるという報告がありますが，筋肉幹細胞でも足場の適度な硬さ（12kPa）が必要らしいです。とくに，プラスチックは硬すぎて，幹細胞性を維持できないようです。

最近のScienceの論文の内容を紹介してくださり，老化マウスでプロスタグランジンE2（PGE2）が失われると筋肉が減少するようです。これは，PGE2を分解する酵素である15-ヒドロキシプロスタグランジンデヒドロゲナーゼ（15-PGDH）の活性が上昇した結果であるようです。興味深いことに，15-PGDHの阻害剤であるSW033291を投与して，PGE2の濃度を回復させると，筋肉の機能が改善しました。筋肉細胞では，TGF-βシグナル伝達が減少し，ミトコンドリア機能とオートファジーの増加が見られました。

SW033291の副作用に関しては，詳細に調べられていないようですが，現在，サルコペニアの薬物療法はないので，今回の知見が，サルコペニアの新たな治療戦略の開発に貢献することが期待されると思います。

セミナー視聴終了後，研究室員で発表内容について議論しました（日本語で）。

本日のセミナー紹介されたで論文を挙げておきます。

Inhibition of prostaglandin-degrading enzyme 15-PGDH rejuvenates aged muscle mass and strength.

Science. 2021 Jan 29;371(6528):eabc8059.

Biophysical matrix cues from the regenerating niche direct muscle stem cell fate in engineered microenvironments.

Biomaterials. 2021 Aug;275:120973.

Rejuvenation of the muscle stem cell population restores strength to injured aged muscles.

Nat Med. 2014 Mar;20(3):255-64.

「脊椎動物において再生応答エンハンサーの変化は再生能力を決める」

脊椎動物における損傷した組織の再生能力は、広範ですが一様ではありません。この再生能力の根底にあるメカニズムは未だ解明されていません。

アフリカメダカとゼブラフィッシュは互いに近縁種であり再生能力を持ちながらも、2億3千万年もの進化距離があり、また生息している環境も大きく異なります。本論文ではこのアフリカメダカとゼブラフィッシュの関係性を利用し、ChIP-seqやscRNA-seq等を用いることで、種特異的な再生応答性エンハンサー(RRE)と保存されたRREを区別し、硬骨魚再生応答プログラム(RRP)を報告しました。本論文で提案されたRREベースモデルは、AP-1リッチなRREの機能は損傷と再生を含む再生反応を活性化することでしたが、進化と種分化により再生と損傷の応答が解離してしまった、というものです。したがって、AP-1リッチなRREの変化により再生応答が喪失した可能性が示唆されました。

今回は自身の研究する筋肉から離れ、再生や進化遺伝学に関わる論文を選びましたが、再生能力をもつ生物や再生応答、進化遺伝学の考え方など、新鮮に感じることが多くありました。また、普段自分で行うことのない実験手技について学ぶいい機会になりました。

「表皮前駆細胞は、CPSF-HNRNPA3の連携により促進されるイントロン・ポリアデニル化により、GRHL3を介した分化を抑制している」

表皮のような再生する体細胞組織では、自己複製能を維持するために、前駆体細胞において最終分化遺伝子は抑制されていなければならない。本研究では、角化細胞の分化過程において、最終分化遺伝子であるGRHL3のイントロンに存在するポリアデニル化配列 (IpA site)から3’UTRに存在するポリアデニル化配列 (pA site)における切断・ポリアデニル化が促進していることを、次世代シーケンシング技術により見出した。さらに、未分化な状態において発現が維持されているポリアデニル化因子CPSFが、RNA結合タンパク質HNRNP3Aによるスプライシング反応抑制と協調し、イントロンのポリアデニル化を促進することで、イントロンで切断された未熟なGRHL3の産生を促進し、結果として完全長のGRHL3 mRNAの産生を抑制する。本研究は最終分化遺伝子GRHL3をイントロンのポリアデニル化という現象を介して抑制することで、自己複製能を維持するというメカニズムを解明した内容で、非常に興味深かったです。自身の研究対象であるCpeb4と同じファミリーであるCPEB1は、3‘UTRにおける選択的ポリアデニル化に関与しているという報告があり、破骨細胞分化に関わる転写因子において、似たようなメカニズムが存在する可能性が考えられます。

「単一細胞解像度での破骨細胞形成過程における段階的な細胞運命決定経路」

本日の論文は，東京大学高柳研究室からの論文です。

破骨細胞は骨を吸収する細胞で，骨の新陳代謝に重要な役割を担っていますが，破骨細胞の過剰な活動は，骨粗鬆症，関節リウマチによる骨破壊，歯周病，がんの骨転移等の病理学的なプロセスに関与しています。したがって，破骨細胞の分化経路を研究することには基礎研究としても臨床研究にも重要です。破骨細胞は，骨髄の単球・マクロファージから破骨細胞分化誘導因子であるRANKLの刺激によって分化します。試験管内での破骨細胞分化誘導システムが確立されており，このシステムは，破骨細胞研究を大きく前進させてきました。それでも，破骨細胞分化メカニズムには不明な点が多く残されています。

本論文では，この破骨細胞分化システムを用いて，単一細胞トランスクリプトーム解析を行うことによって，破骨細胞の分化経路を同定しました。破骨細胞は，単球前駆細胞→樹状細胞用前駆細胞→細胞膜ラフト会合→細胞増殖とRNA代謝→エネルギー代謝と最終分化→骨吸収という遺伝子発現の変化を経ることが明らかにされました。

興味深いのは，一度，樹状細胞様の遺伝子発現を示すことです。著者らは，樹状細胞のマーカーであるCD11cを発現する細胞でRANKLの受容体RANKの遺伝子を欠損させると，破骨細胞分化に障害が出ることを見出しました。

破骨細胞になり損ねた細胞群も同定されました。自分自身も，この系を利用して実験していますが，骨髄細胞をRANKLで処理しても，全部の細胞が破骨細胞になるわけではないので，これには一体どういう理屈が存在しているのか，疑問に思っていました。そこには，生物ならではの「ゆらぎ」や「不安定性」が存在しているのかもしれません。

最後に，分化過程で発現変動する転写因子として，新たに，Cited2を同定しました。Cited2を欠損した細胞では，増殖する前破骨細胞までは分化するが，その先の運命決定した前破骨細胞に分化することができませんでした。

今回の研究で，破骨細胞分化の遺伝子発現変化の全貌が明らかになりました。このデータは破骨細胞研究にとって極めて重要な情報であると同時に，破骨細胞を標的とした，骨格疾患の新たな治療戦略に結びつくことが期待されます。

「骨格筋特異的なPrmt1の欠失は、PRMT6-FOXO3軸の制御を介して筋萎縮を引き起こす」

骨格筋のリモデリングにおいては、タンパク質の合成と分解のバランスが重要になります。タンパク質の合成については、IGF-1により活性化したAktがmTORを活性化することによるタンパク質の合成を促進する経路と、活性化したAktが筋萎縮誘導因子であるFoxOを抑制する経路があります。一方、活性化したFoxOやp38MAPKにより筋線維を構成するタンパクや筋分化に関与する転写因子を分解するFbxo32やTrim63が誘導されることで、タンパク質の分解が行われます。このバランスが崩れ、FoxOが過剰に活性化した場合，筋委縮が引き起こされる可能性があります。今回の論文では、タンパク質アルギニンメチルトランスフェラーゼ１遺伝子であるPRMT1が枯渇した状態においては，PRMT6レベルが上昇し，PRMT6がFoxO3のアルギニン188と249を特異的にメチル化することで，FoxO3を活性化することが明らかになりました。骨格筋特異的Prmt1欠損骨格筋においては、過剰に活性化されたFoxO3により、筋委縮が認められました。

今までのJournal Clubでは、筋損傷を起こした状態での骨格筋のリモデリング過程におけるメカニズム解明を目的とした論文を選ぶことが多くありましたが、今回は，ある遺伝子を欠損させたときに起こる現象の原因をどのように明らかにするか、という内容だったという点で、自身の研究に近いものがあると感じました。また、研究の進め方や、収縮力の測定、どの実験にどの筋を解析するのが必要なのかといった点で、勉強になりました。

「Siglec-15に対する抗体は、TRAP+単核細胞およびPDGF-BBの分泌を増加させることにより、骨形成および骨折治癒を促進する」

先行研究から明らかになっていた、Siglec-15の欠失はTRAP+単核細胞を増加させ、PDGF-BBの分泌を促進させることで骨形成の増加をもたらすという結果踏まえて、Siglec-15中和抗体が骨疾患モデルマウスにもたらす治療効果について明らかにした論文でした。デノスマブなどの既存の骨疾患治療薬とは違った機序による骨形成の改善効果をもたらすことから、骨疾患への新規治療薬として開発されることが期待されます。

「 LncRNA GIRGLは、CAPRIN1による相分離を促し、グルタミン枯渇下でのグルタミナーゼ1の翻訳を抑制する」

グルタミン欠乏下におけるがん細胞では、lncRNA GIRGLがCAPRIN1のホモダイマー化を促進することで、液-液相分離によるストレスグラニュール（SG）の形成を促進する。その結果、グルタミナーゼであるGLS1 mRNAがSGに取り込まれることで、翻訳抑制によるGLS1タンパク質減少がおこり、グルタミンの代謝が抑制され、がん細胞の長期間の栄養枯渇状態の生存が可能となる。GIRGLのグルタミン欠乏下における役割を明らかにしただけではなく、定常時におけるGIRGLのサイレンシングやグルタミン欠乏下におけるGIRGL発現制御までも、非常に膨大かつ丁寧なデータで示しており、興味深い内容でした。また、近年着目されているlncRNAと相分離による構造体形成について新しい知見をもたらし、自身の研究に参考になることが非常に多く、勉強になりました。

「 腱由来のカテプシンKを発現する前駆細胞が，ヘッジホッグシグナルを活性化し、異所性骨化を促進する」

異所性骨化（Heterotopic Ossification: HO）は、筋肉や腱などの軟部組織内で骨化することを特徴とする病的な骨形成です。本研究では、カテプシンK-Cre発現細胞（Ctsk-Cre発現細胞）においてsuppressor of fused （Sufu）を欠損させると、自然に進行する靭帯、腱、関節周囲の骨化が生じることが示されました。

カテプシンKは，破骨細胞の分化マーカーとして用いられる遺伝子ですが，骨膜の骨格系幹細胞などにも発現することが報告されています。今回の論文では，なんと，腱や靭帯にも，カテプシンK陽性の細胞が存在することが報告されました。しかも，その細胞は，幹細胞としての特徴である，自己複製能と骨芽細胞，脂肪細胞，軟骨細胞への多分化能を持っていました。そして，今回，カテプシンK陽性細胞で，ヘッジホッグシグナルを抑制する機能を持つsuppressor of fused （Sufu）遺伝子を欠損させると，アキレス腱の中に異所性骨化が起きることが見いだされ，その症状は，ヘッジホグシグナル伝達を阻害できるBRD4阻害剤のJQ1で治療することができました。今回の研究で，著者らは，JQ1が異所性骨化の新しい治療薬になるのではないかと提言しています。

当初，著者らは，軟骨腫瘍におけるSufu遺伝子の役割を調べようと思って，このマウスを作ったのですが，予想外に，異所性骨化という現象を見出し，研究が予期せぬ方向へ進みました。

自分自身も，Dullard遺伝子を骨芽細胞でノックアウトしようとして，Col1a1-CreとDullard floxマウスを交配したところ，予想外に，出血性卵巣嚢胞が発症することを見つけました。そして，実際に，Col1a1-Creが卵巣の顆粒膜細胞と精巣のセルトリ細胞でも発現することを見出しました(Hayata et al.,  Gene Cells. 2018)。このように，予期せぬ偶然から研究が進むことはよくあることで，現在も，その予期せぬ偶然に出会うことを楽しみにしながら，コツコツと実験しています。

「食事によるマクロファージのPDGFcc産生がエネルギー貯蔵を制御する」

脂肪組織に常在するマクロファージが、PDGFccを産生することで、食事によるエネルギー摂取と脂肪細胞への脂肪の蓄積を結びつけるという、進化的に保存された機能を明らかにした論文でした。

先行研究によって、肥満が炎症を引き起こすこと、それには単球由来マクロファージが関与していることは知られていましたが、それとは別に，高脂肪食に伴って脂質の蓄積を促進するPDGFccを産生するという、組織マクロファージの新たな異なる役割を明らかにした点が興味深かったです。

食事による刺激がどのようにして脂肪細胞常在マクロファージへと伝わるか等、不明な点もまだ多いですが、今後の研究によって明らかにされていくのが楽しみです。

「TAK1阻害は、デュシェンヌ型筋ジストロフィーのマウスモデルにおいて筋芽細胞の分化を改善し、線維症を軽減する」

TGF-β1やIL-1β、TNF-αにより活性化されたTAK1が、デュシェンヌ型筋ジストロフィー（DMD）のマウスモデルにおいて，筋芽細胞の分化と線維症の進行に寄与し、逆にTAK1を阻害することで筋芽細胞の分化と線維症を改善する、という内容でした。

  マウスの歩行を解析する実験や単離した筋芽細胞の実験など、特殊な機械等を要さない実験について新たに勉強することができました。加えて、特に染色方法やマーカーなど多様な染色実験が行われていたことから、自分の実験にどう生かせるかについてより現実的にイメージできる論文でした。

  本研究はまだまだ研究の余地があるテーマだと感じました。一方で、5000人の男性に1人という決して低くはない発症率のDMDに対する、現実的な治療法を確立させるためには今回の論文のように総合的に病態を理解・対処できることが理想的であると感じました。

「アストロサイト由来IL-3がミクログリアをプログラムし、アルツハイマー病の進行を抑制する」

アストロサイトが産生するIL-3を，ミクログリアで発現するIL-3Rαが受容することにより、ミクログリアのプログラミング遺伝子（免疫応答、遊走、形態に関する）発現が上昇し，その結果，アルツハイマー病の原因とされているアミロイドβプラークに活性化したミクログリアが集積し除去するという、アルツハイマー病におけるIL-3の役割を明らかにした論文でした。

アルツハイマー病に罹患するとIL-3シグナルが増強されるにもかかわらず、そのシグナルはアルツハイマー病病態を抑制するような作用を示すことから、脳の健康状態を維持する防御機構の様なものであると考えられる点が興味深く感じました。

また、アルツハイマーモデルマウスへのIL-3投与による治療効果まで検証しており、アルツハイマー病治療薬としてIL-3の提案に説得力がある論文でした。

「頭蓋骨と脊椎骨の骨髄は、髄膜と中枢神経実質のための骨髄球の貯蔵庫である」

脳脊椎の硬膜に存在する単球は、血液に由来するものではなく、隣接する頭蓋骨の骨髄から硬膜へとつながるチャンネルを通して直接供給されるという内容の論文でした。また、定常状態だけでなく、自己免疫脳症モデルや脊髄損傷モデルを用いて、炎症や病態における単球の供給源も同様に隣接する骨髄であることを特定し、更にsingle cell RNA解析から、この移動にはCCR1ケモカイン受容体を刺激するケモカインが関わることも明らかにしました。単球が血管を通らず骨髄から直接供給されていることを示すために、パラビオーシスや頭蓋骨の部分移植などでドナー由来の細胞をモニタリングする実験を数多く行い、非常に論理的な内容でした。今後、血球から供給される単球と、骨髄から直接供給される単球との機能的な違いが明らかになると面白いと感じました。

「老化した骨格幹細胞は炎症性の退縮したニッチを生成する」

本論文の著者は，マウス及びヒトの骨格系幹細胞の同定をしてきた方々です。今回の論文では，骨折治癒モデルを用いて，骨格系幹細胞と老化の関係を調べています。老化マウス（２４ヶ月齢）は，若いマウス（２ヶ月例）に比べて，骨折の治癒が良くないということが知られていました。今回の論文では，骨格系幹細胞の老化によって，骨形成能が低下すると同時に骨吸収も亢進するということがわかりました。二匹の年齢の異なったマウスの血流を交換するParabiosisという方法を用いたところ，若いマウスとくっつけても，老化マウスの骨折治癒は，若返りしなかったのですが，若いマウスの方は，骨折の治癒が遅延してしまいました。つまり，若い血液循環は，老化したマウスの骨折治癒を若返らせることはできなくて，逆に，老化マウスの血液循環は，若いマウスの骨折治癒に良くない影響を及ぼすということになります。シングルセルRNA-seq解析により，老化とともに，骨格系幹細胞の種類が変化していることがわかり，さらに，破骨細胞を誘導するCsf1(M-CSF)の発現が，老化マウスで増加していることを見出しました。その知見を生かして，骨形成能をもつBMP2とCSF1抗体を添加したゲルを骨折部位に移植すると，若いマウスと同様の骨折治癒が見られました。これらの結果から，骨格の老化には，骨格幹細胞の質的な変化およびそれによって引き起こされる造血系細胞分化の質的な変化があるということがわかりました。それらを標的にすることで，老化した骨を若返らせる治療法が将来可能になるかもしれません。

「マクロファージ由来のグルタミンは、衛星細胞と筋肉の再生を促進する」

筋肉の再生は、マクロファージの浸潤とその結果として引き起こされる衛星細胞の活性化により維持されます。今回の研究ではグルタミンの代謝に焦点を当てていますが、グルタミンはグルタミン酸からグルタミン合成酵素を媒介して変換され、グルタミン酸はグルタミン酸デヒドロゲナーゼ1 (GLUD1, 別名GDH1)などに媒介されて2-ケトグルタル酸（2-OG）に変換されます。

著者らは遺伝子改変マウス等を用いて、筋損傷時のマクロファージと衛星細胞間の未知の代謝クロストークにグルタミンが関与していることを明らかにしました。

マクロファージ特異的にGlud1遺伝子を欠損したマウスでは，グルタミン酸からグルタミンへの変換が促進された結果、マクロファージはより多量のグルタミンを放出します。次に，グルタミントランスポーターSLC1A5から衛星細胞に取り込まれたグルタミンが，シグナル伝達に関与するmechanistic target of rapamycin (mTOR)を活性化し、衛星細胞の増殖と分化を促進します。マクロファージ特異的GLUD1遺伝子欠損が，筋肉損傷時における再生を促進すること，および筋肉の老化（線維化）を妨げることが明らかになりました。興味深いことに，GLUD1阻害剤であるR162投与によっても，筋損傷時の壊死や炎症が減少しました。加齢マウスにR162を１ヶ月間投与することでも，筋肉の繊維化が抑えられました。これらのことから，GLUD1が，筋損傷や加齢した筋肉の治療において，治療標的分子となることが期待されます。

豊富な実験データが掲載されていますが、Extended Dataまで含め、筋肉再生に何が影響を与えるのかだけでなく何が影響を与えないのかについて、様々な視点からアプローチした実験が行われていて隙のない論文だなと感じました。また、筋肉に着目していることから、実験方法等参考になることが多くあり、とても勉強になりました。

「ERRγはヒトiPS細胞由来心筋細胞においてT管構造形成を伴う心臓成熟を促進する」

今回，彼らは、ヒトの心筋において胎児期、新生児期、成人期と成長するにつれて発現のアイソフォームが変化するトロポニンI(TNNI1/TNNI3)に着目し、iPS細胞に対してTNNI1EmGFP/TNNI3mCheryyダブルレポーターを導入することで，iPS細胞由来心筋細胞の成熟過程を蛍光で確認できる細胞リソースを開発しました。さらに，彼らは，このダブルレポーターiPS細胞を用いて，武田薬品工業のもつ化合物ライブラリーから、TNNI3発現を増強する、すなわち心筋細胞の成熟を促進する薬剤として，ERRγアゴニスト、SKP2阻害剤の二つを同定しました。化合物処理によってTNNI3発現が上昇した心筋細胞に対して，RNA-seq、細胞外フラックスアナライザー、パッチクランプなどの解析を行うことで，遺伝子発現、代謝機能、電気生理学的機能の成熟も示しています。重要なことに成熟することで形成されるT管構造の存在を透過型電子顕微鏡によって確認しています。

「成熟過程で発現が切り替わる遺伝子2つに同時にレポーターを導入して蛍光によって成熟を可視化する」というおおもとの戦略がとても面白かったです。

「OCT4-SOX2モチーフがヌクレオソーム上で読み出されるメカニズム」

マウス胚性幹細胞のリプログラミング因子であるOCT4とSOX2に着目し、転写因子(TF)がヌクレオソームに存在するモチーフにどのように結合するのかを調べ、その結果TFがヌクレオソーム全体にどのように結合しているかどうかを、in vitroで塩基対の分解能で決定し、2つの位置でのクライオ電子顕微鏡による構造決定を可能にしたという内容でした。それぞれのentry-exitサイトのモチーフの位置の違いで、OCT4-SOX2はヒストンH2A、H3からDNAを曲げたり、局所的なDNAの歪みを引き起こすことが分かりました。今回の結果は、リプログラミング因子OCT4とSOX2がヌクレオソームの部位特異的にヌクレオソームを歪めてクロマチン化したモチーフにアクセスする仕組みを明らかにしており、この仕組みは自身の研究に生かせそうな部分が多く、非常に勉強になりました。

「スプライシングと腫瘍形成を制御するAKAP95タンパク質凝集体の生物物理学的特性」

がんにおいて、核タンパク質AKAP95が液相分離による凝集体形成を介して、細胞周期関連遺伝子CCNA2やTGF-βシグナルの関連遺伝子SMAD6のイントロン１に直接結合し、正常な選択的スプライシングを制御することで、Nonsense Mediated Decay (NMD)によるmRNA分解を回避する結果、コロニー形成や腫瘍形成を促進するという内容でした。本研究において、非常に興味深い点は、凝集体の液性や動態といった物理的な性質が、スプライシングの機能を抑制するという点であり、適切なスプライシング反応を起こすためには、凝集体の適切な‘硬さ’が重要だという点でした。自身の研究内容に非常に近い内容であり、それゆえ生かせる実験が数多く見られたので、非常に参考になる論文でした。

「間葉系細胞のBmp3bの発現は骨格筋の完全性を維持し，加齢に伴うサルコペニアで減少する」

加齢にともなうサルコペニア（筋委縮や筋力低下）は重要な健康問題の一つです。サルコペニアの筋肉では，脂肪細胞の浸潤が見られますが，この現象は，間質に存在する間葉系前駆細胞に起因すると考えられています。筋肉の再生には，筋衛星細胞が関係していますが，間葉系前駆細胞は，筋肉には分化せず，線維化や脂肪化などの病態形成にも関わっています。

今回の研究では，その間葉系前駆細胞が，定常状態の骨格筋の維持に重要な役割を担っているということが明らかにされました。さらに，著者らは，間葉系前駆細胞に発現する骨形成因子3b（Bmp3b，別名GDF10)という液性因子が，局所的に，骨格筋の維持や神経筋接合部位の形成に重要な役割を果たすことを，遺伝子改変マウスを用いて証明しました。さらに，ヒトの筋管細胞を用いた実験でも，Bmp3bは，筋肥大効果を示しました。老齢マウスにBmp3ｂを持続的に投与すると，握力や筋肉量の回復が見られました。老齢マウスでは，Bmp3bの遺伝子発現が低下していることから，サルコペニアの発症要因の一つとして，Bmp3bの発現が低下するからではないかという可能性を提起しています。筋肉の健康を維持するためには，筋肉そのものではなくて，筋肉を支える間質の細胞が重要な役割をしているという‘目からウロコ’のような論文でした。

当研究室でも，筋肉の研究を開始することにしましたが，その実験手法が大変参考になる論文でした。余談ですが，著者の一人に，同じ研究室出身の後輩の常陸圭介博士の名前があり，世界は狭いなあと改めて思いました。また，論文紹介は，実に約７年ぶりだったのですが，やはり人に論文紹介をすると，かなり深く読みできるな，と思ったので，学生と一緒に，今後も自分でやるようにしたいと思った次第です。

「ランニング によるエピジェネティックなNrf2の抑制の解除は、骨粗鬆症から骨を保護する」

運動によって、過剰に亢進したDNAメチル化酵素（Dnmt1/3a/3b）の発現が抑制されることで、Nrf2プロモーターの過メチル化が防止され、Nrf2の発現が正常に戻ることにより、骨粗鬆症に対する保護効果をもたらすという内容の論文でした。運動が骨粗鬆症に良い影響を及ぼすことは知られていましたが、その詳細なメカニズムを紐解く一端になる興味深い内容でした。運動による刺激が、どのようにDnmtに作用するのかは、更なる検討が必要だと感じました。

「脊椎動物細胞は、繊毛のcAMPと繊毛外のcAMPを区別して解釈する」

細胞一次繊毛もしくは細胞質内それぞれにおいて、特異的にcAMPの発現を上昇させる細胞系を確立し、これを利用することで、繊毛内で産生されるcAMPが繊毛内PKAを活性化し、その下流でヘッジホッグ(HH)シグナルの転写因子GLIを抑制することを示す内容でした。細胞質ではなく、繊毛で特異的にGタンパク質共役型受容体(GPCR)シグナルを活性化したときのみ、HHシグナルが抑制されたことから、繊毛に特異的に局在するGPCRが下流のHHシグナルを制御することが示唆されています。また、cAMPを高発現させた繊毛内で特異的にProtein Kinase A (PKA)を抑制したとき、これらのHHシグナル抑制が阻害されたことから、この一連のシグナル伝達が繊毛内cAMP・繊毛内PKA・GLIという経路によって制御されていると結論付けています。

細胞一次繊毛に関連する遺伝子の変異によって引き起こされる繊毛病は、その変異遺伝子によって全身に多様な病態を引き起こすことが知られていますが、その疾患メカニズムはいずれの場合も未だ不明な点が多い現状にあります。細胞一次繊毛が細胞体に与える影響が明らかになったとき、これらの疾患メカニズムが次々と解明されるのではないかと、解明が待望される研究分野であると感じました。

中年マウスがワクチン接種後にウイルス特異的な免疫反応を示すにはPla2g2dが必要であることを示す論文でした。先行研究ではPla2g2d欠損によりウイルスの急性投与に対する免疫応答が促進していたため、「Pla2g2dが多い高齢者は免疫応答が弱まり、ワクチンが効きにくい」という仮説を基にこの研究が進められましたが、結果は仮説とは反したものでした。

現在順次接種されているワクチンは様々な議論を巻き起こしていますが、高齢者に対する有効性の高さを示唆する、タイムリーな論文で大変興味深かったです。

補足）Pla2g2d遺伝子は、ホスホリパーゼA2ファミリーの分泌メンバーをコードします。ホスホリパーゼA2ファミリーメンバーは、グリセロリン脂質のsn-2脂肪酸エステル結合を加水分解して、リゾリン脂質と遊離脂肪酸を生成します。Pla2g2dは，炎症や免疫応答に関係していると考えられています。

脂質代謝やエネルギー代謝経路を制御するLipin1の欠損により、ヒトの運動ニューロン機能障害を伴う成人期発症型筋無力症やゼブラフィッシュの神経筋接合部欠損が引き起こされ、また体節形成や出生後の筋形成の調節において重要な役割を果たすNotch経路が阻害される、という内容でした。なお、運動ニューロンの成長とシナプス形成の欠陥の表現型から、LIPIN1が直接的または間接的に神経筋接合部の形成と機能に役割を果たす可能性があることが示唆されました。

本研究で取り上げられたLIPIN1の2つのヘテロ接合変異は、筋無力症症候群である患者とその家族について全エクソームシーケンスやサンガーシーケンシング等を行うことで見いだされたものです。マウスにおいて、Lipin1を欠損することで末梢神経障害や骨格筋細胞損傷が引き起こされることが知られていましたが，今回，著者らは，ヒトの突然変異とゼブラフィッシュモデルでも神経筋組織の発達と機能にLipin1が役割を果たすことを示しました。

ミトコンドリアDNAの二本鎖切断が免疫機能を促進させるといった内容でした。またこの経路にはBAX-BAKによるミトコンドリア膜における小孔形成、mtRNAの漏出、RIG-I-MAVS経路などが関連していることが示唆されました。さらにin vitroで電離放射線照射によって引き起こされるmtDSBでもインターフェロン産生関連遺伝子発現を上昇させていることから、mtDNA損傷シグナルが放射線治療における免疫応答に寄与している可能性を示しています。ミトコンドリアに関する論文を初めて読んだので、細胞成分分画の実験などはとても勉強になりました。

なお，今回出てきたRIG-Iですが，二本鎖RNAを識別して下流のシグナルを活性化させることが知られています。内在性のRNAは一本鎖RNAなので，このシグナルは動かないということらしいです。ミトコンドリアのRNAに関しては両方向から転写されることで重複した転写物によって二本鎖RNAが生成されることがあるので、この二本鎖のmtRNAが今回の経路に関連しているのではないかと思います。

眼を中枢神経系のモデル組織として用い、マウスの網膜神経節細胞にOct4、Sox2、Klf4という3つのリプログラミング因子を異所性に発現させると、若いDNAメチル化パターンとトランスクリプトームが回復し、損傷後の軸索再生が促進され、緑内障モデルマウスおよび高齢マウスの視力低下が回復することを示した論文でした。なお、OSKによるリプログラミングが軸索再生や視力回復に有益な効果をもたらすには、DNAデメチラーゼであるTET1とTET2が必要だということがわかりました。完全にリプログラミングするのではなく、細胞を若い状態に戻すという点が非常に興味深く、iPS細胞の段階を通さないため、短期間でどの組織にも使用できる点が素晴らしいと思いました。しかしながら、がん化のリスクをはらんでいると考えられるので、長期的に見たがん化のリスクを検証すべきだと思いました。

原腸胚形成前の段階(E5.5)から器官形成の段階(E11)へと子宮外でのマウス胚発生プロトコルを確立したという内容でした。組織学的、分子的、またはRNA-seq解析により、子宮内で発達した胚と比較しても発現パターンが一致しており、これまで困難であった発生段階のモニタリングを行える有用なツールであることが示唆されました。

古典的には，発生の研究は，観察が容易な，アフリカツメガエルなどの両生類の胚を用いて行われてきましたが、この培養法の確立により、マウスにおける発生の研究がより一層進むのではないかと非常に興味深かったです。

ヒトiPS細胞から作製される腎臓オルガノイドにおいて、Distal nephronからUreteric tipへとさらに分化誘導することが可能であり、またバソプレシンとアルドステロンを加えることでより成熟したUreteric stalkが作製されるという内容の論文でした。本論文において著者らは、彼らの最初期の手法によって作製される腎臓オルガノイドにおけるGATA3陽性細胞は集合管ではなく、遠位ネフロンであったと再定義し、GATA3陽性細胞からさらに集合管系細胞へと分化が進むということを示しています。

現在、ヒトiPS細胞からの腎臓オルガノイド作製法は多数存在し、日々アップデートされているため、常に最新の論文をチェックする必要性を強く感じました。

ヒト多能性幹細胞(ES細胞)からミクログリアおよび多能性幹細胞由来ミクログリア、アストロサイト、ニューロンの共培養モデルを開発し、アルツハイマー病の炎症反応における細胞間相互作用を同定したという内容でした。様々なパターンの共培養と遺伝子編集を応用することで、C3分泌に関連した各細胞種の働きを考察していました。in vitroで複数の細胞種を含むという点でオルガノイドと似ていますが、細胞種ごとに遺伝子操作できるのが共培養の利点だと感じ、非常に面白かったです。

Nano-MEDICという、ウイルスゲノムを含まない新たなタンパク質輸送システムを開発し、ディシェンヌ型筋ジストロフィーにおけるエキソンスキッピングを成功させたという内容の論文でした。Nano-MEDICは、生体内での発現は一過性で、ウイルスによる輸送が抱えているオフターゲット変異が少なく安全性が高いというメリットがあり、また、そのエキソンスキッピング活性は長期的に持続していました。実際にiPS細胞や分化させた骨格筋など様々な細胞種で効果が見られている点も踏まえ、興味深い技術だと感じました。しかしながら、オンターゲット変異が減少していたり、臨床に用いるにはエキソンスキッピング効率が低いことなど、まだ課題があると思いました。また、マウスにおいて治療効果がどのくらいあったのかなど続きが気になる大変興味深い論文でした。

胸腺において自己のMHC分子に反応できるT細胞のみを選択するポジティヴセレクションが行われる際に、mRNAポリA鎖の脱アデニル化活性を持つCCR4-NOT複合体がアポトーシス関連遺伝子のポリA鎖を短縮することで、アポトーシスから保護しているという内容でした。興味深い点は、ポジティヴセレクション初期段階ではDab2ipを、後期段階ではBbc3を標的として抑制している点であり、CCR4-NOT複合体が分化過程でどのようにして標的を認識しているかが今後の課題となると思いました。

ヒトiPS細胞から、より効率的に、グルコース刺激性にインスリンを分泌するヒト膵島様オルガノイド(HILOs)の作製に成功したという内容の論文でした。さらに、レンチウイルスを使用することで、免疫チェックポイントタンパクであるPD-L1を過剰発現させたiPS細胞を作製し、これよりHILOsを作製することで、免疫回避能を伴うHILOsを作製しています。また、HILOsをIFN-γで複数回処理することで、エピジェネティック制御により、PD-L1発現性HILOsの作製に成功しています。作製されたPD-L1発現性HILOsは、糖尿病マウスモデルに移植すると、50日以上、血中グルコース恒常性を回復し続けた報告されています。

本研究の臨床応用が実現した場合、1~2カ月に1度、HILOsを移植するだけで、健常者と変わらない生活を送ることができると期待されます。いまだ課題が残されている段階ではありますが、糖尿病の新規治療法開発における、細胞移植療法の実現可能性を感じさせる非常に興味深い論文でした。

骨芽細胞の石灰化においてリソソームが中心的な役割を果たすという内容の論文でした。本研究では、産総研により開発が進められている走査電子誘電率顕微鏡と超解像蛍光顕微鏡という非常に新しい顕微鏡をフルに活用して、骨芽細胞の基質小胞の輸送・分泌について新たな知見を提供していました。近年、分子生物学や遺伝子工学が発展し、様々な実験が可能となりましたが、生物の研究において大切なのはやはり「見る」ことであると再認識しました。

老化に伴うメチルマロン酸(MMA)の血中濃度の上昇および蓄積が、TGFβシグナル伝達経路を介してSOX4の発現を上昇させ、上皮間葉転換を引き起こすことで発がん細胞の遊走、浸潤、生存、転移を促進することを明らかにした論文でした。老化とがんの関係性を、代謝産物という新たな側面から明らかにした、興味深い研究内容でした。これからの研究によって、MMAが新たながんの治療標的となることに期待ができます。

Cas9を用いた、遺伝性疾患であるエンジェルマン症候群の長期間持続可能な治療法を提案した論文でした。Cas9による挿入や欠失による終止コドン誘導ではなく、二本鎖切断部位にAAVカセットが組み込まれることによる転写抑制により、治療するという治療法でした。マウスでは、症状の改善が見られましたが、治療の時期が胎児期および出生直後である点を考慮すると、人に応用するにはまだ課題が多いと感じる内容でした。

従来では困難であったメラノソーム内のメラニン代謝物を迅速にプロファイリングする手法を開発し、低分子トランスポーターであるMFSD12が、メラノソーム内にシステインを選択的に取り込むことで、黄色のフェオメラニン産生を促進することを明らかにした内容でした。興味深いことに、リソソームにおいてもMFSD12は発現しており、メラノソームにおける機能と同等のものを有していたことで、メラニンを産生しないリソソームにおけるMFSD12の意義について気になるものでした。

メラトニン受容体の逆作動薬 (インバースアゴニスト) をin silicoバーチャルスクリーニングによって開発したという論文でした。バーチャルスクリーニングで見つけた化合物をin vitro試験およびin vivo試験によって実際に効果を発揮するか検討するという、理想的とも呼べる流れになっており、非常に楽しく読むことができました。

結晶構造を明らかにする生物物理化学や、バーチャルスクリーニングを実施するための計算機科学や情報科学、実際に仮想化合物を合成する有機化学、そして化合物の機能を調べる分子生物学、細胞生物学、薬物動態学など様々な学問分野がコラボレートして行われた研究でした。真に独創的な研究とは連関した諸学問の上に成り立つのだということを私に気付かせるような論文でした。

多数の臓器、器官において産生されるオステオプロテゲリン （OPG）について、骨芽細胞こそが骨吸収の抑制に関与するOPGを産生しているということを明らかにした論文でした。先行研究から考えられていた、B細胞が骨吸収の抑制に関与するOPGを産生しているという知見を覆したこと、および血液を循環しているOPGは骨代謝制御に影響を及ぼさないことを明らかにした点に面白みを感じました。今後明らかになっていくであろう、OPGの新たな側面が楽しみです。

がんによって促進される破骨細胞による骨溶解や痛みの受容がPD-1とPD-L1を介することを明らかにし、抗PD-1抗体が骨破壊やがん疼痛を緩和する可能性を示す論文でした。実際に病院実習でがん疼痛のコントロールの難しさや患者さんのオピオイドに対する抵抗、がん患者さんの服用薬の多さについて触れることがあったので、オプジーボが抗がん作用かつ疼痛ケアを担いうるという両面性に興味深く思いました。

Gpr126が体長および骨量を、骨芽細胞の増殖、分化、石灰化を介して制御することを明らかにした論文でした。

Gpr126がcAMP-CREBシグナル伝達を介して、骨芽細胞の分化および骨形成を制御し、またそのリガンドがⅣ型コラーゲンであることを明らかにしました。さらに、骨芽前駆細胞特異的Gpr126欠損マウスの体長短縮および骨量減少の表現型は、PTH投与により回復しました。PTHが、Gpr126変異に起因する身長短縮や骨量減少を治療する薬剤となる可能性が示唆されました。

軟骨細胞ではなく、骨芽細胞におけるGpr126が身長の制御に関与していることを明らかにした点が興味深いと思いました。また、PTHのさらなる応用が期待できる知見となったと思います。

骨細胞のEphrinB2はRhoA-Rock経路依存的にオートファジーを抑制することで、骨細胞外へのミネラル分泌を制御し、二次石灰化を調節しているという論文でした。骨細胞特異的EphrinB2欠損マウスにおいては、骨量減少が認められないが、石灰化が亢進しており、その結果として骨がもろくなるといった内容が興味深かったです。

腸管のPiezo1がRNAセンサーとしてはたらき、セロトニン合成を制御することを明らかにした論文です。明らかになったのは、腸内細菌由来のssRNAが腸上皮細胞のPiezo1を活性化し、カルシウムイオンの流入が起こり、セロトニン生合成関連酵素の遺伝子発現が変化し、セロトニン産生を制御するということです。ssRNAがイオンチャネルのリガンドとして機能することを明らかにする実験は、DNAが遺伝物質であることを示したハーシー・チェイスの実験を彷彿とさせました。将来、腸内Piezo1を作用標的とする骨疾患治療薬が完成するかもしれません。非常に楽しみです。

膵臓がんにおいて、がん抗原を提示する際に重要な働きを持つ、主要組織適合抗原複合体（MHC）のclass Iが、オートファジーによって細胞膜から減少するために、免疫回避が促進されることを明らかにした論文でした。

さらに著者らは、マウスにおいて、現在がん治療に用いられている二重免疫チェックポイント阻害(ICB)療法に、オートファジー阻害を目的としたクロロキンの投与を組み合わせると、膵臓がんの劇的な退縮が見られることを発見しました。

二重ICB療法とオートファジー阻害をどのように組み合わせていくか等、更なる研究が必要ではありますが、将来的に新たな膵臓がん療法に繋がる可能性をもたらす画期的な知見であり、今後の発展に期待が持てます。

CPEB2が乳腺の発達や管腔乳がんを制御するという内容の論文でした。

CPEB2は、乳管の管腔細胞の分化を制御することで、乳管形成を制御していることが明らかになりました。また、CPEB2は、エストロゲン受容体(ER)やプロゲステロン受容体(PR)と同様のシグナル経路に位置し、ERやPRの直接的なターゲット遺伝子ではなく、さらに下流に位置するRANKLやCCND1などの細胞増殖に寄与する遺伝子の翻訳を制御することで、乳管の発達や腫瘍形成を制御します。Cpebファミリーについての研究である点やRIP-seqや翻訳制御についての解析などを行っている点で、自分の研究内容に非常に近い論文でした。特に、RIP-seqについては、解析方法から次の実験への繋げ方などで非常に参考になりました。

減数分裂時に、X、Y染色体間で組換えが起こるが、これらが共有するほんの小さな偽常染色体領域 (PAR)内で確実にDNA二本鎖切断 (DSB)を起こす仕組みを解明したという論文でした。PAR内に存在するmo-2というミニサテライト配列が、PARをループ状の微細構造形成を行い、DSBを担うタンパク質がループ状構造にリクルートされることで、PAR特異的にDSBが起こるように制御されているという内容でした。非常に難しい内容の論文でしたが、DNA構造がタンパク質の局在を制御する、非常に興味深い論文でした。

PTSDに罹患することで、骨折部位への好中球動員が増加し、骨折の治癒が遅くなるという論文でした。

PTSDのような精神疾患によって骨量が減少し，炎症性サイトカインが上昇する。また、炎症反応の促進によって骨折治癒が遅延する。以上の２点の現象が報告されており、CSCパラダイムによってPTSD様症状を引き起こしたモデルマウスを用いて実験を行うことで、２つの現象が炎症反応の増加と関連していることを示し、アドレナリンβ受容体非選択的阻害薬であるプロプラノロール投与によって，それらがレスキューされるという論文でした。軍人や戦争地の人々、虐待を受けている人などのPTSDを患いやすい状況に置かれた人の骨折治癒への治療戦略として考えられています。

化合物のみを用いたダイレクトリプログラミングによって視細胞の分化に成功したという内容の論文でした。

明らかになったことを簡単にまとめると以下のようになります。

・化合物処理により，マウスおよびヒト線維芽細胞が視細胞へと転換した

・転換した視細胞を，網膜色素変性マウスに移植したところ，視力が回復した

・ダイレクトリプログラミングの分子メカニズムは，「化合物処理 → Axin2のミトコンドリアへの移動 → ミトコンドリア由来活性酸素種の生成亢進 → NF-kBの産生促進 → Ascl1の遺伝子発現増加 → 視細胞特異的遺伝子 (CrxやOtx2) 発現増加」である

現在，加齢黄斑変性症や糖尿病性網膜症，白内障など視力喪失につながる疾患に対する根本的治療法は存在しない。そこで，今回紹介した視細胞が新たな治療法となるのではないかと思い，大変心躍る内容でした。

今後，iPS細胞の分化ではなく，線維芽細胞からのダイレクトリプログラミングが主流となるのかもしれません。

低酸素誘導因子（HIF）のサブユニットであるHIF-2αが、

①  Twist2 mRNAに直接結合してRunx2発現をダウンレギュレーションすることで骨芽細胞分化を抑制

②  Rankl、Traf6 mRNAに直接結合して発現量を上昇させることで破骨細胞の分化、成熟を促進

することで骨量を増加させることを明らかにした論文でした。骨芽細胞だけでなく、破骨細胞にもHIF-2αは影響を及ぼすことで骨量の減少を促すことを示した点に新規性があります。

CRISPR-dcas9システムを利用し、MDC1A(メロシン欠損型先天性筋ジストロフィー)で見られる変異遺伝子ではなく、類似した遺伝子の発現を上昇させることで、不可逆的とされていた筋肉や末梢神経における病変が改善された、という画期的な治療戦略を示す論文でした。

アデノウイルスを用いる遺伝子治療で、臨床に応用されるには考慮すべき重要な課題が山積みですが、これが確立されれば、多くのアンメットメディカルニーズに応えうる、非常におもしろい内容でした。

先行研究からSARS-CoVと同様SARS-CoV-2の受容体としてACE2が同定されたことを踏まえて、hrsACE2をデコイとして用いた際のSARS-CoV-2の感染改善と、ACE2の高い発現を示す血管および腎臓のヒトオルガノイドに対するSARS-CoV-2の直接感染を明らかにした論文でした。hrsACE2を用いた新型コロナウイルスに対する薬の開発に繋がることが期待されます。

褐色脂肪組織で分岐鎖アミノ酸の代謝が行われているという内容の論文でした。

明らかになったことを簡単にまとめると以下のようになる。

・褐色脂肪組織にて分岐鎖アミノ酸の酸化代謝が行われ、この機構はマウスとヒトとで保存されている。

・褐色脂肪組織での分岐鎖アミノ酸代謝を阻害すると、体重増加やインスリン抵抗性上昇が見られるようになる。

・分岐鎖アミノ酸のミトコンドリアへの輸送に関与するトランスポーターは、SLC25A44であり、この遺伝子をノックダウンし、輸送を阻害すると、熱産生が行われなくなる。

現在、世界中で、肥満が臨床的問題となっている。そこで、最大のエネルギー消費器官である褐色脂肪組織に対し、注目が集まっている。褐色脂肪組織は、グルコースや脂肪酸、そして分岐鎖アミノ酸の代謝を行う組織であることが分かっているが、組織の完全な機能解明には至っていない。今後、褐色脂肪組織に対するさらなる研究が行われるだろう。一体どんな機能が眠っているのか、続報が楽しみである。

ミトコンドリアの機能を低下させることで健康的な老化を妨げている2つの調節因子を発見し、ミトコンドリア機能障害を伴うアルツハイマー病への新たな知見を提供しうる論文でした。線虫における遺伝子実験は非常に簡便であるにもかかわらず、結果として脊椎動物であるマウスに保存されており、さらに認知機能に関連しているという発見もあり、非常に興味深いと感じました。

線虫および哺乳類において、神経興奮の抑制が寿命の延長に寄与するという論文でした。ヒトにおいてはRESTによって寿命に影響が出るかどうかまでは分からなかったものの、オルソログであるspr3/4が線虫において寿命の延長が見られることから、ヒトにおいても老化を遅らせる手段になり得ることを示唆しています。

アポトーシスのイニシエーターであるカスパーゼ８がアポトーシス、ネクロトーシス、ピロトーシス３つのプログラム細胞死を制御するタンパク質であるという内容の論文でした。ネクロトーシスやピロトーシスなど初めて勉強したので、そこで働く多くの分子や経路を勉強できてよかったです。

エボラウイルス感染に対するヒトB細胞の反応を長期的に観察し、単離したモノクローナル抗体を用いて、マウスでの生存率を調べており、エボラウイルスに対するワクチンを開発する上での重要な論文でした。あまり見ない試験方法やFigが多く、自分の知見を広げる上で非常に勉強になりました。

胚性幹細胞(ES細胞)において保存されたlong non-coding RNA (lncRNA)は、プロセシングによって種特異的な細胞内局在を示し、異なった機能を有するという内容の論文でした。比較的保存性の高いlncRNAについて、in vitroで多くの手法を用いて解析しており、結合領域の同定や相互作用因子の検討方法など、自分の研究の参考となる点が多くありました。

放射状グリア前駆細胞(RGPs)において中心体が脳室帯の頂端膜に固定されているという、RGPs独自の中心体構造が大脳皮質の形成に与える影響や、そのメカニズムを探求するという非常に興味深い論文でした。Cep83 KOにより、頂端膜への中心体固定が阻害されることで、頂端膜の硬さが増加し、その結果、膜の張力変化に応答して、細胞増殖を促進するHippo経路が活性化することで皮質の過形成や異形成を生じるという内容でした。

ヒト多能性幹細胞から腎臓オルガノイドへの新規分化誘導プロトコルについて、

• primitive streakからintermediate mesoderm(IM)への分化誘導について、外因性の要素を必要とせず、むしろ細胞自身の自発的な分化にゆだねることで、IMへの分化誘導効率が上昇する。

• renal vesicleに対して、短期間(もしくは無し)のWNTシグナルは糸球体への分化が優位に進む。一方で、長期間のWNTシグナルは尿細管への分化が優位に進む。また糸球体への分化が優位に進むにつれて血管新生もそれに伴って優位に進む。

• 作製された腎臓オルガノイドは、in vitroで近位尿細管特異的に分子量選択的なタンパク分子吸収能を示し、また、マウスに移植することで、その成熟度が上昇し、生理的な機能を示した。

• ARPKD特異的ヒトiPS細胞から作製された腎臓オルガノイドは、細胞内のcAMPを上昇させることで、ARPKDに見られる嚢胞性の表現型を再現することが可能であることが示された。

以上の結果より、腎疾患ヒト病態モデルの作製には有用な内容であることから、個人的には非常に面白いと感じました。

嚢胞性腎疾患の病態モデル作製さらには創薬スクリーニングにおいては、これらの内容が非常に参考になります。

メカニカルストレスによる骨ホメオスタシス維持の分子メカニズムを明らかにした論文であった。

明らかになったことを簡単にまとめると以下のようになる。

• メカニカルストレスによって、間質液が流動し、そのシグナルが骨細胞に伝わり、メカノセンサーCasが核内に移行する。

• 核内Casはp300-RelA相互作用を阻害して、RelAのアセチル化を抑制し、NF-kB活性を抑制する。

• NF-kB活性が低くなることによって、活性酸素種生成が抑制され、RANKL発現が抑制され、破骨細胞の分化を抑制する。そして、骨量減少が抑制される。

近年、骨組織におけるメカニカルストレス受容にカルシウムイオンチャネルであるPiezo1も関与することが報告されている。このように、骨組織でのメカニカルストレス感知メカニズムに関する研究は非常にhotな分野である。詳細な分子メカニズムが明らかとなったあかつきには、メカニカルストレス模倣薬の実現も可能となるだろう。今後の動向が非常に楽しみである。

筋肉由来のIL-6は骨芽細胞に働き、オステオカルシンをメディエーターとして運動機能の向上する働きを示す、という内容の論文でした。

骨粗鬆症治療にも用いられているオステオカルシンが、糖の取り込みや脂質代謝にも関与しており、運動機能にも関与しているということで、どれほど寄与しているのかや他の臓器への影響によっては、今後非常に期待の大きいターゲットであると感じました。

アレキサンダー病(AxD)患者のiPS細胞をアストロサイトに分化させ、ヒトのAxDの病態モデルを作製したものでした。さらに、iPS細胞から分化させたオリゴデンドロサイト前駆細胞と共培養することで、AxDアストロサイトによって分泌されるCHI3L1が細胞増殖やミエリン形成の抑制を媒介していることも示した内容でした。他にも、トランスクリプトーム解析から炎症関連遺伝子や神経発達関連遺伝子の変化が見られ、この先もこの病態モデルで，実際の病態が判明していきそうな印象を受けました。

骨血管内皮細胞においてZEB1が特定の細胞集団に発現し、CBP/p300と相互作用してNotchシグナルを活性化することで、複数のangiocrine発現制御を介して、血管新生および骨形成を促進するという内容の論文でした。近年、研究が盛んな血管新生と骨形成のメカニズムの一端を明らかにし、骨粗鬆症の治療において血管新生依存的な骨形成促進という新たな治療戦略となる可能性を提示した、興味深い内容でした。

ESCおよびiPSC由来の骨芽細胞の細胞同一性を確認し、再生医療の骨芽細胞の供給源としての多能性幹細胞の有用性を強調した論文でした。Col2.3GFPトランスジェニックマウスを用いて、成熟した骨芽細胞を選別していくという操作方法が非常に興味深かったです。しかしながら、実際に人で用いるときには奇形種の形成のしづらさなどを今後検証していく必要がありそうです。

最適なレベルの骨芽細胞由来のVEGFが、骨損傷の各段階の修復プロセスにおいて血管新生や細胞遊走を促進することで、骨再生を改善するという内容の論文でした。新たな骨治療の可能性を提供するデータが多く、いまだ提供されていないVEGFをターゲットとした骨疾患治療薬の開発に期待ができます。しかしながら、生理学的レベルを超えるVEGFを投与した際に、骨再生が促進しなかったことが明らかになり、これの詳細な過程を明らかにする必要性を感じました。

骨粗鬆症に関する論文で、エストロゲン受容体を介してCD39/CD73発現上昇により細胞外アデノシンのレベルが上昇し、それによって閉経後骨粗鬆症による骨量減少を改善するという内容でした。自身が知っている骨形成や骨吸収のメカニズムとは異なっていたので非常に興味深かったです。

破骨細胞の起源に関する論文で、EMP由来の卵黄嚢マクロファージが、新生児および大人の破骨細胞分化に寄与しており、HSC系譜の破骨細胞とEMP系譜の破骨細胞が融合することで1つの破骨細胞が形成されることを明らかにしたという内容でした。また、骨損傷に応答して膵臓からEMP由来マクロファージが遊走し、骨修復における破骨細胞分化に寄与する可能性を明示し、非常に興味深い内容でした。最終的な破骨細胞が、どの系譜の細胞でどの割合で含まれているかなど、系譜の違いによる破骨細胞の特徴などがわかれば面白いと感じました。

 長らく分かっていなかったメトホルミンによる体重減少のメカニズムを解明した論文でした。ストーリーとしては、メトホルミン投与によりGDF15レベルが上昇し、GDF15がGFRALを介して体重を調節するというシンプルなものです。

面白いのは、GFRALが視床下部ではなく脳幹に局在していることです。脳幹に摂食制御作用があるのか、それとも視床下部への伝達経路があるのか今後の研究が楽しみです。

腎障害や肝障害患者では投与が難しいメトホルミンだが、インスリン抵抗性を改善でき、また体重減少作用もあることから、今後も有用な医薬品であると予想できるので、さらなる研究が待たれます。

グルカゴンは肝臓において、INSP3R1によるカルシウム輸送を媒介し、脂肪分解を行うことにより糖新生を促し、長期的な投与では糖新生の悪影響なしに脂肪肝を改善するという内容の論文でした。

 代謝分野の知識が乏しく、うまく説明できませんでしたが、グルカゴンの働きについてや糖新生などの代謝について、糖尿病とのつながりなど、今後医療に携わる身としては非常に勉強になる論文でした。

OGG1の低分子阻害剤が炎症性遺伝子発現と炎症反応を抑制するといった内容でした。OGG1の主要な作用である塩基除去修復ではなく、その陰に隠れた炎症性遺伝子発現に着目していて、独創的なテーマだと思いました。

成人の心筋細胞の増殖と心臓の再生を刺激する細胞周期の調節についての論文でした。心筋に細胞周期調節因子を送達することで、心筋細胞の増殖のみならず心機能の改善をもたらすことに非常に驚きました。また今回得られた組み合わせが、膵臓ベータ細​​胞、ニューロンなどの再生能力が限られている臓器内の他の有糸分裂後の細胞の増殖を効率的に誘導する可能性を持っているいう点に将来性を感じました。

断食を模倣した食事（FMD）の食事サイクルを取り入れることによって、膵島でのβ細胞のインスリン生成を回復させ、Ⅰ型およびⅡ型糖尿病を改善したことを明らかにした論文でした。FMDを取り入れた糖尿病モデルマウスのβ細胞の機能改善が劇的であり、人でのFMDによる糖尿病への治療介入が期待されます。

外傷性脳傷害において、ミクログリアによるIL-6トランスシグナルを介した、神経新生促進および認知機能を改善するという内容の論文でした。有害とされていた活性化したミクログリアが脳修復への寄与を薬理学的手法と遺伝的手法を用いて解析しており、データ量が膨大だと思いました。

今後研究で、IL-6シグナル経路を介した組織修復の促進を利用した治療方法の発見が期待できます。

タウオパチーの主要な病因として知られるタウの取り込みや拡散にLRP1が関わっていることを示す論文でした。基本的なメカニズムはシンプルなので、治療へのアプローチも比較的しやすいのではないかと感じました。

骨リモデリングに関与する破骨細胞と、病態時に骨破壊を行う破骨細胞とが、異なるものであることを明らかにした非常に革新的な論文でした。

骨髄移植やパラビオーシスなどのマウス実験を行っており、大変難しい論文でしたが、結論はシンプルだったのでなんとか理解することができました。

今後、病態特異的な破骨細胞を標的とした薬剤の開発が期待されます。

Ⅱ型コラーゲンはインテグリンβ1に結合し、ERK1/2によるSMAD1(S206)のリン酸化を介してBMP-SMAD経路を阻害することで、変形性関節症における軟骨の肥大化を抑制するという内容の論文でした。

実験やロジックなど自分の研究にも生かせそうな論文で、非常に勉強になりました。

iPS細胞由来の心筋細胞の同種移植は霊長類の心臓を再生するという内容の論文でした。MHCの型を同一にする事で免疫拒絶の無い移植を可能にし、iPS細胞の自家移植の問題点を解決するという点に非常に将来性を感じる興味深い論文でした。

PTHによる骨形成促進作用における新規制御因子として、Tgif1を同定したという内容の論文でした。PTHに応答したTgif1の機能を骨形成だけでなく骨吸収からも解析し、骨リモデリングにおける作用を明らかにしていて、論理展開が非常に参考になる論文でした。

体細胞をiPS 細胞へリプログラミングする際Dppa2/4が多能性へのエピジェネティックな変化を促進するという内容の論文でした。リプログラミングの効率が70%も上がったり、期間が10日近く短縮されたりと、リプログラミング中のエピゲノムがいかに重要かわかる興味深い内容でした。

無血管状態による脂質供給の不足がSox9発現を上昇させ、軟骨形成を促進させるという内容の論文でした。骨形成ではなく軟骨形成へのシグナル伝達が優位になることの環境的な理由も推測されていて、特定の表現型がでることの意味を考えることも必要なのだなと感じました。

COX-2阻害によって、変形性関節症および関節リウマチによる軟骨変性が改善するという内容の論文でした。COX-2阻害薬は非ステロイド性抗炎症薬の側面を持ちながら、軟骨変性を弱める作用があることが明らかになった点が興味深かったです。

Chromatin associated regulatory RNAが、Writerタンパク質Mettl3によるN6-メチルアデノシン(m6A)修飾を受けることで、NEXT複合体を介したYthdc1によって不安定化し、クロマチンの状態や転写活性を調節するという、ｍ6Aの新たな機能を報告する内容でした。非常に多いデータ量で解釈が難しい内容でしたが、転写活性の調節機構を示した興味深い論文でした。

文責：荒崎 恭弘

BMPシグナルを阻害することで、破骨細胞分化の抑制や骨芽細胞分化の促進、Wnt阻害剤の減少を引き起こし、多発性骨髄腫における骨量回復を示すという内容の論文でした。BMPシグナル阻害が培養細胞と真逆の作用を示していたり、自分の研究にも使えそうな面白い結果が示されていたりと、非常に興味深かったです。

文責：村地 眸

CCL28はCCR10を介してRARαとHDAC1の相互作用を低下させ、RARβ2を誘導することで口腔扁平上皮癌の骨浸潤を阻害するという内容の論文でした。CCL28の機能を様々な方法を利用して解析しており、またCCL28が将来医薬品として活躍する可能性が見え、非常に興味深かったです。

文責：加登 遼典

LepR+CXCL12+骨髄間質細胞の一部の細胞群が、骨恒常性の維持には寄与せず、骨組織の損傷時にのみ応答し、骨再生に寄与するという内容の論文でした。Single cell RNA-seqや免疫組織染色などを用いて、細胞特性から活性化経路など多岐にわたる解析を行っており、非常に読み応えのある論文で興味深かったです。

文責：秋谷 拓郎