筋形成型オリゴ DNA は BMP2 依存的な骨芽細胞の分化を阻害する

筋形成型オリゴ DNA は BMP2 依存的な骨芽細胞の分化を阻害する

松島もも1, 木村智勇1, 高谷智英1,2,3.

  1. 信州大学大学農学部.
  2. 信州大学大学院総合理工学研究科.
  3. 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

乳酸菌ゲノム配列に由来する18塩基の筋形成型オリゴ DNA (iSN04) は、抗ヌクレオリンアプタマーとして働き、骨格筋・心筋・平滑筋の分化を促進する一方、脂肪の分化を阻害する。本研究では、同じく中胚葉系列である骨芽細胞の分化における iSN04 の作用を検討した。マウス骨芽細胞株 MC3T3-E1 にアスコルビン酸を投与して骨分化を誘導した。免疫染色の結果、iSN04 の標的であるヌクレオリンは、未分化な MC3T3-E1 では核質と核小体に局在するが、分化に伴って細胞質に移行することがわかった。次に、MC3T3-E1 に BMP2 を48時間投与して骨分化を誘導した。骨分化マーカーであるアルカリフォスファターゼ (ALP) の活性は BMP2 投与群で有意に増加したが、この BMP2 依存的な ALP 活性の増加は iSN04 の投与によって有意に抑制された。同様に、定量 PCR の結果、BMP2 投与で有意に上昇する骨分化マーカー遺伝子 (Bglap2) の発現量は、iSN04 投与で有意に抑制された。以上の結果から、ヌクレオリンは骨芽細胞の分化に関与しており、iSN04 によるヌクレオリンの阻害は骨分化を抑制することが明らかになった。BMP シグナルは骨分化を促進して筋分化を阻害することが知られる。この作用は、骨分化を阻害して筋分化を促進する iSN04 の効果と対応することから、BMP シグナル経路に iSN04 の標的であるヌクレオリンが関わっていることが考えられる。

iSN04 is an 18-base myogenetic oligodeoxynucleotide designed from the lactic acid bacteria genome that acts as an anti-nucleolin aptamer to induce skeletal, cardiac, and smooth muscle differentiation and to inhibit adipogenic differentiation. This study examined the effect of iSN04 during the differentiation of osteoblasts, one of the mesodermal cell lineages. Murine osteoblast cell line MC3T3-E1 was induced to differentiate by ascorbic acid. Immunostaining revealed that the target of iSN04, nucleolin, was localized to the nucleoplasm and nucleoli in the undifferentiated state, but translocalized to the cytoplasm during differentiation. MC3T3-E1 was then induced to differentiate by BMP2 for 48 h. An osteogenic marker, alkaline phosphatase (ALP) activity, was increased by BMP2, but this increase was significantly suppressed by iSN04. Similarly, quantitative PCR showed that BMP2 increased an osteogenic marker gene, Bglap2, but it was significantly inhibited by iSN04. These results indicate that nucleolin is involved in osteoblast differentiation, and its inhibition by iSN04 suppresses osteogenesis. It suggests the contribution of nucleolin to the BMP signaling pathway during osteogenic differentiation.

Keywords

myogenetic oligodeoxynucleotide (myoDN), osteoblast, osteogenic differentiation