骨細胞、破骨細胞、軟骨細胞分化における骨形成型オリゴ DNA の作用

木村智勇¹, 高谷智英^1,2,3.

信州大学大学農学部.
信州大学大学院総合理工学研究科.
信州大学バイオメディカル研究所.

日本農芸化学会2024年度大会 (東京), 2024/03/25 (口演).

Abstract

ロコモティブ症候群の原因疾患である骨粗鬆症と変形性膝関節疾患は、骨細胞・破骨細胞・軟骨細胞の障害によって生じる。したがって、これらの細胞の機能維持は健康長寿社会の実現にとって重要な課題である。乳酸菌ゲノム配列に由来する18塩基の骨形成型オリゴ DNA (iSN40) は、骨芽細胞の分化や石灰化を TLR9 非依存的に促進する。一方で、iSN40 は破骨細胞の分化をTLR9依存的に阻害する。また、軟骨細胞分化における iSN40 の作用は不明である。本研究では、骨芽細胞と前破骨細胞の共培養による骨リモデリングモデルと、軟骨前駆細胞の分化誘導による軟骨形成モデルにおける iSN40 の効果を検討した。マウス骨芽細胞株 MC3T3-E1 とマウス前破骨細胞株 RAW264.7 を共培養し、RANKL を投与して破骨細胞分化を誘導した。iSN40 投与群では、破骨細胞の分化マーカーである TRAP 活性と、破骨細胞特異的遺伝子 (Ctsk, Dcstamp) の発現量が有意に低下した。iSN40 は、骨芽細胞との共培養系においても RANKL 依存的な前破骨細胞の分化を顕著に阻害することがわかった。次に、マウス軟骨前駆細胞株 ATDC5 にインスリンを投与して軟骨細胞分化を誘導した。iSN40 投与群では、アルシアンブルー陽性の酸性ムコ多糖、およびシリウスレッド陽性のコラーゲンを含む細胞外基質の形成が有意に増加し、iSN40 が軟骨分化を促進することが示唆された。

Maintenance of osteocytes, osteoclasts, and chondrocytes is critical to overcome motor dysfunction in aging societies. iSN40 is an 18-base osteogenetic oligodeoxynucleotide designed from the lactic acid bacteria genome that promotes osteogenesis in a TLR9-independent manner and inhibits osteoclastogenesis in a TLR9-dependent manner. However, the effect of iSN40 during chondrogenesis remains unclear. This study investigated the effect of iSN40 on the bone remodeling and chondrogenesis models. Murine osteoblasts MC3T3-E1 and pre-osteoclasts RAW264.7 were co-cultured and osteoclastogenesis was induced by RANKL. iSN40 significantly decreased osteoclast markers, TRAP activity and mRNA levels of Ctsk and Dcstamp. These results indicate that iSN40 inhibits the differentiation of pre-osteoclasts even in the presence of osteoblasts. Murine pre-chondrocytes ATDC5 were induced to undergo chondrogenesis by insulin. iSN40 significantly increased the formation of extracellular matrix including Alcian blue+ acidic mucopolysaccharides and Sirius red+ collagens. This suggests that iSN40 promotes chondrogenic differentiation.

Keywords

bone remodeling, chondrocyte differentiation, osteogenetic oligodeoxynucleotide (osteoDN)