Regulation of the RA-SA cycle in maturation stage ameloblasts by energy metabolic shift

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エナメル質石灰化を担う成熟期エナメル芽細胞は、波上縁構造をもつ細胞集団(RA)と持たない細胞集団(SA)が周期的に交互に出現する。しかしこのRAとSAの周期的出現 (RA-SA サイクル)がどのよう制御 されているのかはほとんど理解されていない。申請者は、これまでの研究からRAは酸化的リン酸化、SAは解糖系優位のエネルギー代謝状態であること、さらに低酸素環境下ではRA とSA の周期性に乱れが生じると仮説を立てた。本研究では、成熟期エナメル芽細胞RA とS A の周期的出現とエネルギー代謝の関係を解明するとともに、この破綻による成熟期エナメル芽細胞への影響とエナメル質形成不全との関連を明らかにする。本研究は、エネルギー代謝という新たな視点から、歯の発生・硬組織形成メカニズムの解明を目指すものであり、エナメル質研究における新しい研究分野を開拓するとともに、原因不明のエナメル質形成不全の病態解明や、診断・予防・治療法の開発に新展開をもたらすと考える。本年度は、マウス切歯の免疫組織学的解析から、RAでは酸化的リン酸化マーカーが、SAでは解糖系マーカーがそれぞれ強く発現していること、電子顕微鏡解析からRAでは活性化したミトコンドリアがSAにくらべ多く発現していることから、RAでは酸化的リン酸化により多くのエネルギーが産生、消費されていることがわかった。成熟期エナメル芽細胞細胞株の実験では、通常酸素濃度で酸化的リン酸化優位の細胞と解糖系優位の細胞が両方存在している一方、低酸素環境では多くが解糖系優位のエネルギー代謝状態にシフトすることがわかった。また低酸素にするとALPの発現やAlizarin red染色陽性細胞の数が減少することから、酸素濃度を介したエネルギー代謝状態がRA-SAのシフトを変化させてエナメル質石灰化の調節に関与していることが示唆された。