Elucidation of molecular mechanism of enamel formation and application to non-cellular hard tissue regeneration

生体内で最も硬いエナメル質の再生は、硬組織再生の中でも極めて難しい課題あり、一度喪失したエナメル質は再生は不可能であることから、人工物を用いた修復が行われている。先天的なエナメル質形成不全や、齲蝕等による後天的なエナメル質破壊に対し、新たな治療法としてのエナメル質再生技術は、次世代歯科再生療法として期待される。しかしながらエナメル質形成に関わるエナメル芽細胞分化に関しては未だ不明な部分も多く、特に成熟期エナメル芽細胞の機能に関しては、ほとんど解明されていないのが現状である。そこで本研究では、歯の形成過程における歯原性上皮細胞の各種細胞(内外エナメル上皮、中間層細胞、星状網細胞)への分化機構の解明、その中でも内エナメル上皮から分化するエナメル芽細胞の成熟過程における石灰化機構を明らかにし、これらの知見を用いた新たな「エナメル質再生」ならびに「細胞に依存しない硬組織再生」技術の開発を目的としている。その中で、マウスの臼歯及び切歯の歯胚を用いてscRNAシークエンス解析を行い、特にエナメル芽細胞集団において、より分化の後期に発現する遺伝子群の同定に成功した（具体的な分子名に関しては現時点で非公表）。またこれまで成熟期エナメル芽細胞に発現の認められたGpr111について、エナメル質の形成状況を検討した結果、重度のエナメル質形成不全症を呈することが明らかとなった。EDX解析にて形成されたエナメル質の元素分析を行った結果、CやOの含有量が増加していたことから、エナメル質に有機成分の残存があるために、石灰化不全を呈している可能性が示唆された。さらにGpr111の発現量の変化は、タンパク分解酵素の一つであるKlk4の発現に影響を与えていた。つまりGpr111は細胞外pHの変化に応答し、Klk4の発現を誘導することでエナメルタンパクの分解を促進し、石灰化を誘導している可能性が考えられた。

生体内で最も硬いエナメル質の再生は、硬組織再生の中でも極めて難しい課題あり、一度喪失したエナメル質は再生は不可能であることから、人工物を用いた修復が行われている。先天的なエナメル質形成不全や、齲蝕等による後天的なエナメル質破壊に対し、新たな治療法としてのエナメル質再生技術は、次世代歯科再生療法として期待される。しかしながらエナメル質形成に関わるエナメル芽細胞分化に関しては未だ不明な部分も多く、特に成熟期エナメル芽細胞の機能に関しては、ほとんど解明されていないのが現状である。そこで本研究では、歯の形成過程における歯原性上皮細胞の各種細胞(内外エナメル上皮、中間層細胞、星状網細胞)への分化機構の解明、その中でも内エナメル上皮から分化するエナメル芽細胞の成熟過程における石灰化機構を明らかにし、これらの知見を用いた新たな「エナメル質再生」ならびに「細胞に依存しない硬組織再生」技術の開発を目的としている。その中で、マウスの臼歯及び切歯の歯胚を用いてscRNAシークエンス解析を行い、特にエナメル芽細胞集団において、より分化の後期に発現する遺伝子群の同定に成功した（具体的な分子名に関しては現時点で非公表）。またこれまで成熟期エナメル芽細胞に発現の認められたGpr111について、エナメル質の形成状況を検討した結果、重度のエナメル質形成不全症を呈することが明らかとなった。EDX解析にて形成されたエナメル質の元素分析を行った結果、CやOの含有量が増加していたことから、エナメル質に有機成分の残存があるために、石灰化不全を呈している可能性が示唆された。さらにGpr111の発現量の変化は、タンパク分解酵素の一つであるKlk4の発現に影響を与えていた。つまりGpr111は細胞外pHの変化に応答し、Klk4の発現を誘導することでエナメルタンパクの分解を促進し、石灰化を誘導している可能性が考えられた。