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軟骨芽細胞と骨芽細胞の分化に伴う細胞間及び細胞-基質間接着分子の動態に関する研究

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(1)

軟骨芽細胞と骨芽細胞の分化に伴う細胞間及び細胞

-基質間接着分子の動態に関する研究

著者

笹野 泰之

(2)

軟骨芽細胞と骨芽細胞の分化に伴う細胞間及び

細胞一基質問接着分子の動態に関する研究

(課題寺号  09671844)

平成9年度-平成10年度科学研究費補助金(基盤研究(C) (2))

研究成果報告書

平成11年 3 月

研究代表者 笹野泰之

(東北大学歯学部助手)

(3)

軟骨芽細胞と骨芽細胞の分化に伴う細胞間及び

細胞一基質問接着分子の動態に関する研究

(課題番号09671844)

平成9年度∼平成1 0年度科学研究費補助金

基盤研究(C)(2)研究成果報告書

平成1 1年3月

研究代表者 笹野泰之

(東北大学歯学部助手)

00010176366

」二二二二:二二二「

(4)

本研究計画は、胎生期及び成長期のラットの軟骨と骨を研究対象とし、細胞外

基質タンパクの軟骨細胞及び骨芽細胞の分化に与える影響について検討するこ

とを目的とした。軟骨の分化については、特に細胞の肥大化と基質の石灰化の

過程におけるⅩ型コラーゲンと工工型コラーゲンの動態を気管軟骨と腰骨の成

長板軟骨との間で免疫組織学的に比較検討した。また骨については、胎生期の

下顎で間葉細胞が集合し骨芽細胞へ分化する過程における工型コラーゲン、フ

イブロネクチン、テネイシン、オステオネクチン、オステオボンテン、骨シア

ロタンパク質、及びオステオカルシン等の細胞外基質タンパクの発現を免疫組

織学的に検討した。

研究組織

研究代表者:笹野泰之 (東北大学歯学部助手)

研究経費

平成9年度  1 50千円

平成10年度 120千円

計     270千円

(5)

研究発表

(1)学会誌等:

Sasano Y, Takahashi z, Hizoguchi Zr xagayama z4( Takita H, Kuboki y Type X colla9en is not localized in hypertrophlc or calcified cartilage in a developlng rat traChea・ Anat Embryol; 197:399-403

(1998)

Kagayama H, Sasano Y, Sato H. Kamakura Sr Hotegi Kr Hizoguchi

工Confocal microscopy of dentinal tubules土n human tooth stained

with alizarin red・ Anat Embryol: in press (1998)

Kagayama H, Sasano Yr Zhu J-X, Hirata Hr Z4izoguchi I, Kamakura S・ Epithelial rests colocalize with cementoblasts forming acellular cementum but not with cementoblasts forming Cellular

Cementum・ Acta Anat 163:1-9 (1998)

畠山雄次、笹野泰之、真柳秀昭、加賀山学 ラット有細胞セメント質の成長過

程に関する免疫組織化学的研究。歯科基礎医学会雑誌 40 : 2 2-3 5

(1998)

=・ Hizoguchi, p・G・ Scottr C・M・ Dodd′ F・ Rahemtullal Y・ Sasano,

M・ Kuwabara' S・ Saitohr Y・ Hatakeyamar M・ Xagayama/ H・ Mitani Localization of biglycanr decorin and large chondroitin sulfate

proteo91ycan in adult rat temporomandibular コOint disc

:An土munohistochemical study・ Arch oral Blo1 43…889-898 (1998)

Haochuan Li, Sasano Yr Hori Kr Kagayama Mr Qiuhang z, saito s, Suzuki z4 Hypercoagulable state and disseminated intravascular coagulation following an effective chemotherapy in tumor-bearing rats・ Chinese Ned J 111(10):951-955 (1998)

(6)

Sasano Y, Mizoguchi I, Takahashi Zr Kagayama Hr Saito T, Kuboki Y BMPs induce endochondral ossification in rats when implanted ectopICally whithin a carrier made of fibrous glass membrane.

Anat Rec 247;472-478 (1997)

Kagayama M, Sasano Yr Hizoguchi z, Takahashi I con focal

m土croscopy of cementocytes and their lacunae and canaliculi in rat molars・ Anat Embryo1 195…491-496 (1997)

chai y, sasano y, Bringas p Jr, Hayo H, Kaartinen vI Heisterkamp N'Groffen Jr Slavkin HCr Shuler C Characterization of the fate of midline epithelial cells durln9 the fusion of mandibular

prominences in vivo・ Dev Dynam 208…526-535 (1997)

Kamakura S, Sasano Y, Ohki-Homma H, Nakamura Mr Suzuki Or Kagayama M, Hotegi K Hultinucleated giant cells recruited by implantation of octacalcium phosphate(OCP) in rat bone marrow share ultrastructural characteristics with osteoclasts.

J Electron Microsc 46(5):397-403 (1997)

Kagayama A, Zhu J-Ⅹ′ Sasano Y, Sato Hr Hayanagi H Development

of inter910bular dentine in rat molars and its relation to

maturation of enamel・ Anat Embryo1 196;477-483 (1997)

Z4izoguchi z, Takahashi I, sasano yr Kagayama Mr Kuboki y, Mitani

H Locali2:ation of types Zr H and X collagen and osteocalcin in

three distinct bone formatlons・ AnatE血ryol … 196;291-297 (1997)

Kagayama M, Li HC, Zhu J, Sasano Y, Hatakeyama yr Hizoguchi z Expression of osteocalcin in cementoblasts forming aCellular

(7)

(2)口頭及び展示発表:

笹野泰之、朱景旭、溝口到、加賀山学 下顎骨と腰骨の初期発生過程における

細胞外基質の動態について。第4 0回歯科基礎医学会学術大会

1998年10月17、 18日

加賀山学、笹野泰之、佐藤秀則、鎌倉慎治、溝口到 共焦点レーザー顕微鏡に

よる象牙細管の観察。第4 0回歯科基礎医学会学術大会

1998年10月17、 18日

鎌倉慎治、笹野泰之、本間英孝、茂木克俊 燐酸オクタカルシウム(ocp)はラ

ット頭頂骨の欠損部に孤立性骨形成を起こす〇 第4 3回日本口腔外科学会総

会1998年10月7日、 8日

中候悟、笹野泰之、鎌倉慎治、鈴木治、加賀山学、国分正一 燐酸オクタカル

シウムが促す骨修復のpQCTを用いた定量系の確立-ラット頭頂骨部分欠損モ

デルのaliveでの解析 第16回日本骨代謝学会1998年8月5日∼8日

Kamakura S・ , Sasano Y・ , Hornma H・ ′ Suzuki o・′ Kagayama z4・ I Z4otegl

K・工mplantation of octacalcium phosphate土n rat skull defects stimulates bone repair・ 15th二mtemational Conference on oral

Biology 1998年6月28日∼7月1日

加賀山学、佐藤秀則、笹野泰之、金田一孝二 歯根に局在する球間象牙質。

第103回日本解剖学会総会1998年3月31日、 4月1、 2日

Z4izoguchi I, scott pG, Dodd CMr Rahemtulla Fr Sasano Y, Kuwabara M, Satoh S, Saitoh S, Kagayama Hr Mitani H Biglycan, decorin and large chondroitin sulfate proteoglycan in adult rat THJ disc.

The 2nd Scientific Heeting of The Japan Academy of

Craniomandibular Disorders and The Seventh Scientific Meeting of The Asian Academy of Craniomandibular Disorders

(8)

Kamakura S・, Sasano Y・′ Homma H・′ Suzuki o・′ Kagayama M・r Z4otegl

X・工mplantation of octacalcium phosphate (OCP) in rat skull defects enhances bone repair・第1 3回国際顎顔面外科学会、第4 2回

日本口腔外科学会総会1997年10月20日∼24日

笹野泰之、鎌倉慎治、本間英孝、溝口到、加賀山学燐酸オクタカルシウム(ocp)

は骨膜を剥離した骨面上の細胞に働きかけ骨形成を促進する。

第39回歯科基礎医学会学術大会1997年10月1、 2日

加賀山学、笹野泰之、鎌倉慎治、溝口到 球間象牙質形成時における象牙芽細

胞の形態学的特徴。

第39回歯科基礎医学会学術大会1997年10月1、 2日

(9)

(1)軟骨細胞の分化に関する研究

出生直後、生後4、 8及び1 0週齢のwistar系ラットの気管軟骨と出生直後

の腰骨の成長板軟骨を用いて、軟骨細胞の肥大化と基質の石灰化の過程におけ

るⅩ型コラーゲンと工工型コラーゲンの動態に関して、免疫組織学的に検討を行

った。成果については、既に学術論文としてAnatomy and Embryolo9y

(10)

(2)骨芽細胞の分化に関する研究

(目的)本研究計画はラット胎児の下顎を材料として、間葉細胞が集合し骨芽細

胞に分化する過程における細胞外基質タンパクの発現を免疫組織学的に検討し、

細胞外基質の動態が骨芽細胞の分化にどのように関与するのかについて検討す

ることを目的とした。

(方法)胎生12、 13、 14、 15、 16、 17、 18及び19日齢のwistar

系ラット胎児の下顎を観察の対象として、骨形成過程に伴う細胞外基質タンパク

の動態を免疫組織学的に検索した。胎児を固定後パラフィンに包埋し、連続切片

を作り隣接の切片に工型コラーゲン、フイブロネクテン、テネイシン、オステ

オネクテン、オステオポンチン、骨シアロタンパク質、及びオステオカルシンに

対する抗体を用いた免疫染色を施した。また、他の隣接切片にアルシアン・ブル

ー染色とvonKossa染色を行い、プロテオグリカンの動態と骨基質の石灰化の

程度を検討した。なお、抗体の特異性に関してはwestern Blottingを用いて

確認した。

(結果)胎生1 4日齢の胎児においては、将来の骨形成領域に相当する部位に間

葉細胞の集合が見られたが、骨の基質は形成されていなかった。細胞集合の領域

にはテネイシンとフイブロネクチンが局在していた。胎生1 5日齢においては骨

の未熟な基質が見られ、基質中にはテネイシンやフイブロネクテンの他に工型

(11)

コラーゲン、オステオネクチン及びプロテオグリカンの存在が認められた(図

1)。また、胎生1 6日齢では骨基質が石灰化を示し、オステオポンチン、骨シ

アロタンパク質及びオステオカルシンの存在が認められ(図2)、胎児の成長に

伴いこれらの骨タンバク含む基質が広範に形成された(図3)。一方、骨基質に

おけるフイブロネクテンは骨の成熟に伴い減少する傾向を示した。

(考察及び今後の研究の展開)骨芽細胞の発生と分化に伴い、細胞外では時期

特異的に特徴的な基質タンパクが発現され集積されることが示された。また、

未熟な骨基質に多く含まれるフイブロネクテン等は骨の成熟に伴い減少するこ

とが示唆された。骨芽細胞が種々の基質タンパクを形成し細胞外に集積する一

方で、ある種の基質タンパクを分解し、石灰化を含めた骨基質の成熟を進行さ

せる可能性が考えられる。今後は骨芽細胞の分化に伴う細胞外基質タンパクの

遺伝子発現が骨の成熟に伴ってどのような動態を示すのかについて、 in situ

hybridizationを用いて検討する計画である。

(12)

jJr

図1。胎生15日齢ラットの下顎。 (a) Yon xossa -へマトキシリン・エオ

ジン染色。石灰化していない未熟な骨基質(*)の形成が見られた。 (b)アル

シアン・ブルー染色。未熟な骨基質(*)は陽性に染色され、プロテオグリカ

ンを含むことが示されたo (C)-(f) Z型コラーゲン(C)、フイブロネクチン(dト

テネイシン(e)、オステオネクチン(f)に対する免疫染色。未熟な骨基質(*)

に反応が見られ、これらの細胞外基質タンパクが含まれることが示された。

写真の拡大率はすべて1 1 0倍。

(13)

図20胎生16日齢ラットの下顎。 (a) Yon Kossa -へマトキシリン・エオ

ジン染色。骨基質(*)の石灰化が見られた。 (b)アルシアン・ブルー染色。

石灰化した骨基質(*)は陽性に染色され、プロテオグリカンを含むことが示

されたo (C)-(f) =型コラーゲン(C)、フイブロネクテン(d)、オステオネク

チン(e)、骨シアロタンパク質(f)に対する免疫染色。石灰化した骨基質(*)

に反応が見られた。骨シアロタンパク質は骨基質の石灰化に伴い発現された。

写真の拡大率はすべて1 1 0倍。

.,,,JJ.︰㌔

(14)

図3。胎生18日齢ラットの下顎。 (a) Yon xossa -へマトキシリン・エオ

ジン染色。石灰化した骨基質(*)が広範に形成された。 (b)アルシアン・ブ

ルー染色。石灰化した骨基質(*)は陽性に染色され、プロテオグリカンを含

むことが示された。 (C)-(f)工型コラーゲン(C)、フイブロネクチン(d)、オ

ステオネクチン(e)、骨シアロタンパク質(f)に対する免疫染色。石灰化した

骨基質(*)に反応が見られた。フイブロネクチンは骨の成熟に伴い減少する

傾向を示した。

写真の拡大率はすべて1 1 0倍。

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(15)

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