Development of high predictive bone regeneration method applying quantitative control mechanism of osteoblast differentiation factor

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歯髄幹細胞からの予知性が高く制御可能な骨誘導法を確立するため、間葉系幹細胞から骨芽細胞への分化の際の必須転写因子であるOsterix制御に着目した。本研究では、ユビキチン・プロテアソームシステム (UPS) によるOsterixタンパク質の量的制御機構を明らかにし、歯髄幹細胞からの効率的で質の高い骨芽細胞分化の分子基盤の確立と骨再生への応用研究を目的として解析を行うこととした。解析は当初の研究計画に従い、UPSによるOsterixの量的制御機構の分子基盤の解明に焦点を当てた。はじめに間葉系幹細胞での Osterix制御におけるUPSの関与を探るため、骨芽細胞分化誘導刺激後のヒト骨髄由来間葉系幹細胞をプロテアソーム阻害剤MG132で処理したところ、Osterixタンパク質の安定化が観察された。次に、Osterix 分解に関わるE3同定のため、Osterix一次配列上から候補として推定されたE3のコンセンサス認識配列（デグロン）に類似した配列を選別し、その推定デグロン配列内に変異を導入した変異体を作製してタンパク質半減期を調べたところ、変異型Osterixの安定化が認められた。さらに、E3をノックダウンした細胞株において、Osterixタンパク質の安定化と細胞内での蓄積が見られたほか、293細胞内での相互作用の解析から、このE3は、同定したデグロン配列に直接結合することでOsterixのポリユビキチン化を行うことが明らかとなった。骨芽細胞分化のマスターレギュレーターであるOsterixのUPSによる量的制御機構の分子基盤を解明することは、骨芽細胞分化シグナルの制御に新たな知見を与えるほか、歯髄幹細胞を用いた顎骨再生医療における予知性の向上と骨再生の制御を効率化する上で重要であると考えられる。