メカニカルストレス受容による歯周組織の破骨細胞分化誘導機構の解析と臨床応用の探索

メカニカルストレス受容による歯周組織の破骨細胞

分化誘導機構の解析と臨床応用の探索

著者

三木 美麗

ノ

メカニカルストレス受容による歯周組織の

破骨細胞分化誘導機構の解析と臨床応用の探索

課題番号12671984

平成12年度∼平成14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15年3月

研究代表者 三木美麗

(東北大学大学院歯学研究科助手)

はしがき

歯周組織は岨噂に伴う唆合力や矯正力などの外力に対して適応し､合目的的

に構築されている｡とくに骨組織においては､ Wb肝s lowにも知られるように

形態および内部構造の決定にメカニカルストレスが重要な要因となっている｡

歯科矯正臨床において虹その特性を利用し､歯の移動や顎顔面骨格複合体の

成長のコントロールを行っている｡しかし､外力を受けた歯周組織を取り巻く

力学的環境要因のメカニズムについては不明な点が多い｡

本研究はメカニカルストレスによる歯周組織改造機構における破骨細胞の誘

導機構を明らかにすることと､その臨床応用を探索することを目的とした｡な

かでも､最近その作用が明らかとなった破骨細胞の分化･誘導に必要といわれ

ている破骨細胞分化誘導因子(Receptor activator of nuclear factor kappa B ligand:

RANKL)ならびにその作用を阻害するデコイレセプターであるオステオプロ

テジェリン(Osteoprotegerin:OPG)に着目し､矯正学的歯の移動への影響､歯

の移動時における発現を検討した｡また､さらにinvitroにおいてメカニカルス

トレスを負荷した歯根膜線維芽細胞との相互作用における被骨細胞の分化過程

を検討した｡

その研究成果をここに報告する｡

研究代表者  三木(千葉)美麗

< 1 >

研究組織

研究代表者: 三木(千葉)美麗(東北大学大学院歯学研究科助手)    ノ

平成12年度∼平成14年度

研究分担者: 清水義信(東北大学大学院歯学研究科助教授)

平成12年度

研究分担者: 加賀山学(東北大学大学院歯学研究科教授)

平成12年度∼平成13年度

研究分担者: 三谷英夫(東北大学大学院歯学研究科教授)

平成12年度∼平成14年度

交付決定額(配分額)

(金額単位:千円)

合計

平成12年度 平成13年度 都 平成14年度 涛 総計 C

研究発表

1)学会誌発表

1) Okazaki, M., Shimizu, Y., Chiba, M., Mitani, H.

Expression of heat shock proteins induced by cyclical stretching stress in human

periOdontal ligament fibroblasts.

Tohoku UniversityDentalJournal 19 : 108-115, 2000.

2) Kanzaki, H., Chibai M., Shimizu, Y., Mitani, H.

Dual regulation of osteoclast differentiation by periodontal ligament cells through ODF

stimulationand OPG inhibition.

Journal ofDental Research vol. 80: 887-891, 2001.

3) Kanzaki, H., Chiba, M., Shimizu, Y., Mitani, H.

Periodontal Ligament Cells Under Mechanical stress Induce Osteoclastogenesis by

Receptor Activatior of Nuclear Factor pc B Ligand Up-Regulation via Prostaglandin E2

Syn仇esis.

LJournal ofBone and Mineral Resewch 1 7: 2 1 0-220, 2002.

4) Yamaguchi, N., Chiba, M.,and Mitani, H.

The induction of c-fos mRNA expression by mechanical stress in humanperiOdontal ligament cells

AflChives ofOral Biology 47:465-47 1 , 2002.

2)学会発表

1) Mechanicalstress induced bothNOand PG畠2 in PDL cells

Chiba, M･, Yamaguchi N., Igarashi K., Kanzaki H., Yanada S., Mitani H.

78th General Session or the lntema血nal Associa血n of Dental Research

(2000年4月5-8日, Washington, DC, USA)

JotmalofDentalResearch 79 ･ suppl, 2000,145.

2) ODFand OCIF mRNA expressed by mechanicalstress

Kanzaki, H., Chiba M., Shimizu Y., Mitani H.

78(h General Session of the IntemationalAssociation of Dental Research

(2000年4月5-8日,Washington,DC, USA) JoumalofDentalResearch 79 ･ suppl, 2000, 590･

3)メカニカルストレスによる歯根膜線維芽細胞のODF mRNA発現増強とPGE2

の関与

菅崎弘幸､千葉美麗､清水義信､久保田衛､三谷英夫

第1 8回日本骨代謝学会  広島国際会議場.

平成12年7月19-22日

(講演･シンポジウム)

4)メカニカルストレスと歯周組織-細胞応答と細胞間相互作用

千葉美麗

日本機械学会バイオエンジニアリング部門

｢制御と情報一生体への応用.-研究会｣

2000年8月8日､仙台市､東北大学工学部機械系第6講義塞

5)周期的伸展刺激が骨格筋細胞の増殖と分化に及ぼす影響

千葉美麗､戸塚実､山口希実､菅崎弘幸､三谷英夫

第11回日本阻噛学会学術大会(東京､平成12年9月13-14日)

第11回日本岨噴学会学術大会抄録集 p

6) Oncogene transgenic ratを用いた歯根膜由来不死化細胞の樹立

久保田衛､千葉美麗､菅崎弘幸､三谷英夫

第4 2回歯科基礎医学会学術大会  大阪大学吹田キャンパス

平成12年9月30日､ 10月1日

7)メカニカルストレスによる歯周組織構成細胞の細胞応答と細胞間相互作用

千葉美麗

第59回日本矯正歯科学会大会サテライトセミナー

｢外力に対する歯周組織｣

2000年10月26日､大阪市､大阪国際会議場

8)歯根膜線維芽細胞のRANKL発現に及ぼすメカニカルストレスの影響

菅崎弘幸､千葉美麗､久保田衛､松本千登勢､三谷英夫

第22回東北骨代謝研究会

平成13年2月17日

ホテル仙台プラザ｢松島の間｣

プログラム･抄録集､ p7

9) Oncogene transgenic rat歯根膜より樹立した不死化細胞の遺伝子発現

久保田衛､千葉美麗､菅崎弘幸､三谷英夫

第22回東北骨代謝研究会

平成13年2月17日､ホテル仙台プラザ｢松島の間｣

プログラム･抄録集､ p9

10)メカニカルストレスによる歯根膜細胞の初期応答

千葉美麗､山口希実､菅崎弘幸､久保田衛､三谷英夫

日本機会学会 第13回バイオエンジニアリング講演会

2001年1月16日､ 17日､仙台市戦争復興記念館

日本機会学会 第13回バイオエンジニアリング講演会講演論文集

p192-193

1 1 ) Establishment of Immortalized Periodontal ligament cell linesand gene expression

M. Kubota, M. Chiba, H. KaJmki, N. Yanai, M. Obinata, S. Ueda, H. Mitani IADR 79thGeneralsession & Exhibition, June 27-30, 2001 , Chiba, Japan

JoumalofDentalResearch 80, 2001, p585

1 2) Mechanical stress induces c-fos mRNA expression in human PDL-fibroblasts. N. Yamaguchi, M. Chiba, H. Mitani

IADR 79th General session & Exhibition, June 27-30, 2001, Chiba, Japan

Lfournal ofDental Research 80, 2001 , p585

13)メカニカルストレスによる歯根膜線維芽細胞の転写因子C-fosの発現誘導

山口希実､千葉美麗､三谷英夫

日本実験力学会､平成13年6月28日･29日､東京､青山学院大学

日本実験力学学会 第-回研究発表講演会講演論文集No.1 p83-86

14) 1,25(OH)2D3, RANKL, M-CSF併用によるstage-speciflCなヒト破骨細胞分化

誘導相乗作用

千葉美麗､松本千登勢､菅崎弘幸､高橋昌宏､久保田衛､西村 真､

三谷英夫

平成13年8月8日-11日､名古屋国際会議場

日本骨代謝学会誌第19巻2号:p99,2001 15) In vivo electroporationやadenovirusvectorを用いた歯周組織への遺伝子導入

法の確立一歯周疾患遺伝子治療法の基礎的検討一

千葉美麗､土谷 忍､菅崎弘幸､久保田 衛､三谷英夫

第43回歯科基礎医学会学術大会

平成13年9月19日-21日･大宮ソニックシティ 歯科基礎医学会誌43巻5号(抄録集)､ 2001､ p92(540)

16)歯根膜線維芽細胞の硬骨細胞形成支持能は圧縮力負荷時にRANKL発現上昇

とともに増加する

菅崎弘幸､千葉美麗､久保田衛､西村 真､松本千登勢､三谷英夫

日本矯正歯科学会 設立75周年記念大会,第60回年次大会,

第■3回国際会議

平成13年10月8日-11日､東京国際フォーラム

プログラム抄録集p198

17)ヒト破骨細胞前駆細胞の分化過程における破骨紳胞分化誘導因子の関与

松本千登勢､千葉美麗､菅崎弘幸､久保田衛､糠塚世毅､三谷英夫

第23回東北骨代謝研究会

平成14年2月16日､ホテル仙台プラザ｢松島の間｣

プログラム･抄録集､印刷中

1 8) RANKL Upregulation in the Compressed Area of Periodontal Ligament induces

O血odontic Tわoth Movement

Kanzaki, H., Chiba, MリNishimura, M., Mitani, H.

IADR 80thGeneral session & Exhibition, March 6-9, 2002, SunDiego, USA Journal ofDental Research 81 , A-135, 2002

19) Synergistic humanosteoclast differentiation inducing by the combined use of

1,25(OH)2D 3, RANKL,and M-CSF

Matsumoto, C., Chiba, M., Kanzaki H., Kubota, M., Mitani, H.

IADR 阜oth General session 皮 E血ibition, March 6-9, 2002, Sun Diego, USA

20) The Expression of Osteoprotegerin inthe Periodontal Ligament in Experimental

Tわoth Movement

Nishimura, M., Chiba, M., Kanzaki, H., Mitani, H.

IADR 80th General session 皮 Exhibition, March 6-9, 2002, Sun Diego, USA

LIournal ofDental Resewch 81, A-135, 2002.

2 1 ) Gene transfer into periodontal tissue by in vivo electroporation

Tsuchiya, S., Chiba, M., Kishimoto, K., Nakamura, H., Mitani, H.

IADR goth Generalsession & Exhibition, March 6-9, 2002, SunDiego, USA

.Journal ofDetital Research 8 1 , A-452, 2002.

22) Establishing Irrmortalized Periodontal Ligament Cells from Oncogene Transgenic Ratand Gene Expression of Bone Metabolic Markers

Chiba M., Kubota M., Obinata M., and Mitani H.

AmeriCanSocietyfTor Boneand MineralResearch 24thAmualMeeting,

September 20-24, 2002 at Henry B. Gonzales Convention Center, San

Antomi0, Texas, USA.

LJournal of bone and mineral TleSeanh 1 7, 2002, (in press)

23)ヒト歯根膜線維芽細胞の骨吸収制御機構に対する機械的伸展力の影響

糠塚世紀､千葉美麗､菅崎弘幸､三谷英夫

第44回歯科基礎医学会学術大会

平成14年10月4日-5日､東京､ 歯科基礎医学会雑誌44巻5号(抄録集)､ 2002､ 113.

24)圧縮力を受けた歯根膜細胞のCOX-2およびRANKL遺伝子発現に及ぼす

clodronateの抑制作用

劉 琳､五十嵐薫､菅崎弘幸､千葉美麗､三谷英夫､篠田 秦

第61回 日本矯正歯科学会 名古屋

25)歯根膜のメカニカルストレスによる細胞応答

千葉美麗

2002年･ワークショップ･仙台

The Second ConfTerence on Biomechanics (2002)

2002年11月22-23日 仙台 茂庭荘

日本実験力学学会第2回バイオメカニクス分科会講演論文集No.2-1,

2002, 44-47.

26)矯正学的歯の移動時の伸展側においても歯根膜細胞は破骨細胞の分化誘導

制御を行っている

菅崎弘幸､千葉美麗､糠塚世紀､三谷英夫

平成15年2月15日 ホテル仙台プラザ｢松の間｣

第24回東北骨代謝研究会プログラム･抄録集 p29.

- 27) Mechanical tension fわrce i血ibits osteoclastogenesis via osteoprotegerin production

fTrom periodontal ligament cells

Chiba M., Nukatsuka S., Kanzaki H., Matsumoto C., Mitani H.

1 5thscientifiC meetings of the Intemational Boneand Mineral Society(IBMS) andthe 21th arnualconferences of the Japanese Society for Boneand Mineral Research (JSBMR), lstjoint meeting OHBMS and JSBMR 2003.

0saka lntemadonal Convention Center, June 3 to 7, 2003 in Osaka, Japan Bone 32, 2003, in press.

28) Continuous compressive fわrce induces apoptosis in human osteoblast-like cells.

Goga, Y., Shimizu Y., Chiba M., Mitani H.

15th scientific meetings of the Intemational Boneand MineralSociety(IBMS) and the 21thannual conferences of the Japanese Society for Boneand Mineral Research (JSBMR), lstjoint meeting ofIBMSand JSBMR 2903･

Osaka Intemational Convention Center, June 3 to 7, 2003 in Osaka, Japan Bone 32, 2003, in press.

3)出版物

骨のリモデリング-メカニカルストレスを軸とした分子生物学的検討一

千葉美麗

Chiba, M･: Molecular biological review on bone remodeling based on

4)研究成果による工業所有権の出願

工業所有権の名称: sv40トランスジェニックラット歯根膜を用いた歯根膜株

細胞

ノ

発明者:三木美麗､久保田衛､三谷英夫､帯刀益夫(東北大学加齢医学研究所)､

上田正樹(Ysニューテクノロジー研究所)

出願人:東北テクノアーチ

出願番号:特願200ト69249

出願年月日:平成13年3月12日

< 9 >

目次

1.歯根膜細胞のメカニカルストレス受容機構

1)骨のリモデリングーメカニカルストレスを軸とした分子生物学的検討

...･･･.････････････12-19 2) The induction of c-fos mRNA expression by mechanical stress in humanperiodontal

ligament cells ‥‥.‥‥‥‥‥-･---20-26

3)周期的伸展力によるヒト歯根膜線維芽細胞のストレスタンパク質の発現に関

する研究

‥.‥‥.‥.‥.--･---･-27-34

4)持続的圧縮力によるヒト骨芽細胞様細胞株MG-63におけるアポトーシスの

誘発とストレスタンパク質27の産生に関する研究

‥.‥‥.‥---35-58

5) Cytoskeletalchangesandthe system of regulation of alkaline phosphatase activityin

humanperiodontal ligament cells induced by mechanical stress

‥‥.‥‥-･--･--･-･---･59-86

2.歯根膜細胞における破骨細胞分化調節因子の発現

1) Dual regulation of osteoclast differentiation by periodontal ligament cells through RANKL stimulationand OPG inhibition

2) Establislment of periodontal ligament cell lines from temperature sensitive simian

virus 40 large T-antigen gene transgenic rat

‥.‥‥‥‥---･----93-121

3)株化歯根膜細胞     ---122-149

3.メカニカルストレスによる歯根膜細胞の破骨細胞分化誘導機構

1) Periodontal ligament cellsunder mechanicalstress induce osteoclastogenesis by

receptor activator of nuclear factor kappa B ligand up-regulation via prostaglandin E2

synthesis

‥‥‥.‥‥-･---･--･150-161

4.矯正学的歯の移動時における破骨細胞分化誘導調節因子の発現

1) The expression of osteoprotegedn in the periodontal ligament during experimental

tooth movement

‥.---･162-180

5.破骨細胞分化調節因子の矯正学的歯の移動への影響

1) Local osteoprotegerin(OPG) gene transfbr to the periodontiuminhibits orthodontic

tooth movement

‥‥‥---181-200

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