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Biological action of PTH/PTHrP on bone-specific blood vessels and osteo-vascular interaction

PTH/PTHrP 对骨特异性血管和骨血管相互作用的生物学作用

基本信息

批准号：
21H03103
负责人：
網塚憲生
金额：
$ 11.07万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03103/
关键词：
骨芽細胞骨特異的血管 PTH PTHrP 骨血管連関

项目摘要

本研究では、PTH/PTHrPが成熟骨芽細胞、骨芽細胞前駆細胞、血管内皮細胞・平滑筋細胞、あるいは、未分化間葉系細胞にどのように作用するのか、特に、未分化間葉系細胞がどのように骨芽細胞や血管系細胞に分化してゆくのかダイナミックな解析を行うことを計画した。具体的には、タモキシフェン投与でGli1陽性細胞がtdTomato陽性を示す遺伝子組み換えマウスを作成してin vivo解析を進めた。前年度の結果では、成獣期マウスはタモキシフェン投与でtdTomato陽性を示すGli1陽性未分化間葉系細胞が血管周囲細胞および骨芽細胞系細胞に分化していることを明らかにした。令和４年度では、さらに、PTH投与直後の成獣期マウスではGli1陽性細胞は成長板軟骨と関節軟骨、および、軟骨・骨移行部に認められたが、その後、Gli1陽性細胞は、骨幹端の骨梁増加に一致して経時的に広く分布した。しかし、Gli1陽性細胞は皮質骨および骨髄には存在しないことが明らかとなった。骨幹端のGli1陽性細胞は骨梁間に広がり、血管平滑筋細胞だけでなく、骨芽細胞前駆細胞層内でαSMA陽性細胞ばかりでなく、podoplanin陽性骨芽細胞と骨細胞への分化が確認された。一方で、骨芽細胞特異的PTHrP過剰発現マウス胎仔を組織学的に検索すると、典型的な皮質骨の形成は認められず、骨端軟骨直下にはc-Kit陽性/ALP陽性/αSMA陽性骨芽細胞前駆細胞の線維層が発達しており、endomucin陽性血管およびTRAP陽性破骨細胞はわずかにしか観察されなかった。以上から、胎生期から成獣期にかけて、PTH/PTHrPは未分化間葉系細胞を増加させたあと、胎生期では骨幹端の骨梁形成にかかわる骨芽細胞系細胞に、一方、成獣期では骨芽細胞系細胞と血管系細胞の両方に分化させること、しかし、皮質骨の骨芽細胞には分化させないことが示唆された。

In this study, PTH/PTHrP was used to analyze the effects of PTH/PTHrP on mature bone bud cells, bone bud precursor cells, vascular endothelial cells, smooth muscle cells, and undifferentiated mesenchymal cells. The specific expression of TdTomato positive cells was determined by in vivo analysis. The results of the previous year showed that the cells in the undifferentiated mesenchymal line, perivascular cells and bone bud cells were positive for Gli1. The distribution of Gli1-positive cells was consistent with that of growth plate cartilage, articular cartilage, cartilage and bone transition part in the fourth year. Gli1 positive cells exist in cortical bone and in bone marrow. Gli1 positive cells in the bone marrow, smooth muscle cells in the blood vessels, αSMA positive cells in the anterior cell layer of bone bud cells, podoplanin positive bone bud cells and bone cell differentiation were confirmed. The expression of PTHrP in osteoblast specific cells was observed in fetal histology. Typical cortical bone formation was observed. C-Kit positive/ALP positive/αSMA positive osteoblast cells were observed in the linear layer directly below the cartilage of the bone tip. Endomucin positive blood vessels and TRAP positive osteoclasts were observed. In the above, PTH/PTHrP can be used to differentiate undifferentiated mesenchymal cells from embryonic cells to bone marrow cells. In the embryonic stage, bone marrow cells can be used to form bone marrow. In the embryonic stage, bone bud cells can be used to differentiate vascular cells. In the embryonic stage, bone bud cells can be used to differentiate cortical bone.