IRUCAA@TDC : フィラデルフィア滞在記

Posted at the Institutional Resources for Unique Collection and Academic Archives at Tokyo Dental College, Available from http://ir.tdc.ac.jp/

Title

フィラデルフィア滞在記

Author(s)

衣松, 高志

Journal

歯科学報, 112(2): 103-109

URL

http://hdl.handle.net/10130/2741

Right

はじめに

２００９年１０月から２０１１年９月までの２年間，アメリ カ合衆国ペンシルベニア州フィラデルフィアにある トーマス・ジェファーソン大学整形外科学講座基礎 研究部門（Thomas Jefferson University : TJU）（２００９ 年１０月∼２０１０年１２月）およびフィラデルフィア小児 病院外科学講座整形外科分野（Children s Hospital of Philadelphia : CHOP）（２０１１年１月∼２０１１年９月） に客員研究員として長期海外出張の機会を得た。私 は大学院生時代より，歯周組織の再生において正常 な構造を伴った組織を歯根周囲に誘導するためには その発生過程および発現する各種シグナルをコント ロールする事が重要であると考えてきた。留学先の ボスである Pacifici 教授の講座は骨，軟骨，靭帯お よびそれらを内包する関節の発生，特に Hox を始 めとするホメオティック遺伝子や骨形成遺伝子の ヘッジホッグファミリーに関する研究を行なってお り，これらの遺伝子が関連する骨の発生において細 胞増殖や関連遺伝子の解析をノックアウトマウスお よび各種実験モデルにて解析していた。自身が歯科 領域で行っていた実験に限界を感じていたこともあ り，骨および靭帯の発生をより広い視野で学び，歯 科領域での再生治療に適用できる新しい仕組みを開 発することが出来ればと思い，彼の講座を留学先と して選択した。海外研究生活の途上において Paci-fici ラボが同じフィラデルフィア内の CHOP ヘ移転 したこともあり，非常に慌ただしく研究に集中しき れない時期もあったが，臨床，教育もなく研究に専 念させていただけたこの２年間は非常に良い経験で あった。本稿では２年間に渡る TJU および CHOP での研究活動や現地での生活について報告する。 ペンシルベニア州フィラデルフィア フィラデルフィアはアメリカ東海岸に位置し，１７ 世紀後半，ウィリアム・ペンにより開かれた全米で 最も古い都市の１つとして知られており，独立戦争 時にはこの地の州議事堂において独立宣言の起草が 行われ，１７７６年７月４日にはイギリスからの米国独 立宣言がなされたことからアメリカの人々にとって は特別な地となっている。また，北に約２時間移動 すればニューヨーク，南西に２時間半移動すればワ シントン DC と両都市へのアクセスが良く，現在人 口１５０万人全米第５位の都市である。休日にニュー ヨークに初めてバスで降り立った際には，ウディ・ アレンの映画“マンハッタン”のテーマソングが頭の 中に鳴り響き，“踊る紐育”よろしくジーン・ケリー が心のなかで踊り狂っていた。またフィラデルフィ アはたびたび映画の舞台となる街で，映画“ロッ キー”の町としても知られ，彼の出身地であるイタ リア系移民の多いイタリアンマーケット，ランニン グしながら長い階段を登り頂上で恋人の名前を叫ん

海外研究レポート

フィラデルフィア滞在記

衣松高志

Takashi KINUMATSU：The Record of my stay in

Phila-delphia（Department of Periodontology, Tokyo Dental College）

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だフィラデルフィア美術館等，映画ファンにとって は馴染み深い風景が数多く存在する。なお，私も階 段を駆け登った後になにか叫ぼうと試みたものの， 日頃の運動不足により息切れとため息しか発せられ なかったことを思い出す。 ２つの研究機関 留学中にラボの引越しがあり，私は２つの異なる 施設にて研究を行う機会を得ることができた。 最初に所属したトーマス・ジェファーソン大学は フィラデルフィアの中心部に位置するアメリカ第３ 代大統領の名前を冠する大学であり，医学専門大学 としては全米で最も古く，約２０のビル群から成り 立っている。私の所属は基礎研究分野であったが， この大学の整形外科は世界でも有名であり，次々と 施設を建て替える一方，常に新たなビルを建設して いるなど非常に勢いを持つ大学であった。研究室内 には様々な人種が存在し，アメリカ人の同僚に聞い たところによれば，彼女の雇用後のオリエンテー ションの際には，その５０％以上が外国人であったと のことであった。私はこれをアメリカの一つの美点 と考えるのだが，この国ではアメリカ人か否かは評 価に関係なく，英語を話すことが出来るかできない かが人を区別する基準であった。なお，研究室は非 常に広く３つの部屋にわかれているラボスペースを 使用していたものの，主任教授下に３人の准教授が おり，その下に９人のポスドクと３人の研究補助員 がいる大所帯であったため，しばしば研究スペース の取り合いとなっていた。また，若き医師の卵達が 常にキャンパス内を闊歩しており，快活な彼らを見 るたび自分もこの街で結果を残そうと心新たにして いた。 研究室は主任教授以下スタッフ全員を引き連れ ２０１１年１月よりペンシルベニア大学の関連病院であ り，同大学キャンバスに隣接するフィラデルフィア 小児病院に移動した（図１）。同病院は２０１１年∼２０１２ 年の全米ランキングで，ほぼすべての治療分野で３ 位以内にランクインしており，研究分野においても 非常に高いレベルを維持している。そのため小児疾 患やその他基礎医学に関する高水準の研究を求め， 世界各国より優れた研究者たちが訪れ競い合ってい る。なお，病院内は明るく子供たちに圧迫感を与え ない作りになっており，院内の匂いも病院であるこ とを全く感じさせず，小児病院はかくあるべきと思 わせる作りであった。研究棟では毎日のように様々 な研究のセミナーが行われ，これに参加し専門分野 ではないそれらのレクチャーを四苦八苦しながらも 理解しようともがいた日々を懐かしく思い出す。た だし，強いて言うなれば，多くのセミナーではラン チョンセミナーであることから昼食が提供されてお り，それを目当てに行っていた面も否定できない。 研究テーマ 現在 Pacifici 教授のラボは師事する３人の准教授 下，様々テーマの研究を行なっており，それぞれの テーマに関して国内外から集まったポスドク１∼２ 人がその実験を行なっている。ここでは，私が関 わったテーマを中心について幾つか紹介したい。 一つは発生期における骨格形成の基本的なメカニ ズムの解明であり，特に現在，手指および前腕部関 節の発生に関して，動物胚発生時，その前後軸や体 節に関わる構造（手指，目，四肢）の数や配置に大き な影響を持つホメオボックス遺伝子，および骨形成 や歯胚発生時にその供給が観察され，骨形成や軟骨 の形成に大きな影響を持つことが知られているヘッ ジホッグファミリーについて研究を行なっている。 Hox ファミリーはホメオボックス遺伝子の一つで あり，染色体上にａ∼ｄの４つのクラスター（葡萄 の房のような近似遺伝子の集合体）を形成してお り，それぞれのクラスター上に塩基配列の相同性よ 図１ 引越し後，フィラデルフィア子供病院の前でラボの 仲間たちと 衣松：フィラデルフィア滞在記 １０４ ― ２８ ―

り分類された約１３個の Hox 遺伝子が並んでいる。 四肢の発生には Hox９∼１３が関わっており，特に Hoxa１３，d１３に欠損を持つ患者では多指症や合指症 を呈し，これらの遺伝子が形態形成に非常に重要で あることを示している。留学中私は，特に形態形成 に重要な意味を持つとされているクラスター A お よび D 上で Hox１１をコラーゲンタイプ２発現領域 （軟骨発生の際に観察されるコラーゲンであり，こ の領域のみで遺伝子の発現をノックアウトすること により長管骨の発生に対する各遺伝子の役割を解析 できる）に限定してノックアウトしたマウスの解析 に参加し，その詳細な検討を行った。興味深いこと に，この遺伝子をノックアウトすると本来マウスの 前肢には存在しない膝蓋骨様の構造が撓骨の遠心に 現れ，通常とは９０度捻転したような構造を呈する。 これは，より進化の程度が低い爬虫類に見られる構 造であり，その分析過程で我々は Hox 遺伝子の生 物進化上での変性が形態変化に関わったことを証明 し，無事 Development 誌にアクセプトされた１） 。現 在 Pacifici ラボではこれらの遺伝子をマウスおよび 鶏の胚でウイルス感染を用いて強制発現することに より，この形態形成の持つ意味についてさらなる研 究を行なっている。私の研究中には論文をまとめる 事が出来ず，後身のポスドクに託しての帰国となっ たが，そのような壮大なテーマでの研究は自分の可 能性を広げてくれたと確信している。Hox 遺伝子 の一つ Hoxa１，d1 等は顎骨の発生に深い関わりを 持つことから，将来的にはこれらの解析を行い，顎 骨形成不全の治療および再生に役立てられればと考 えている。 ２つめは変形性膝関節症に関する研究である。ア メリカでは，肥満その他の原因から，この疾患を有 する患者は１０００万人に上ると言われており，その金 銭的負担も大きな問題となっている。Pacifici ラボ では分子生物学的手法を用いてこの疾患の治療を目 指しており，なかでも ETS（E-twenty six）転写因子 の一つ ERG に着目して研究を行なっている。ERG は関節軟骨が発生する際多量に発現する転写因子で あり，赤芽球の分化や血液幹細胞の自己複製に関わ ることが知られている。また，これら因子は軟骨細 胞の成熟や骨化を抑制することから，変形性膝関節 症の予防に役立つのではないかを仮説を立てた。関 節軟骨発生時に発現する GDF５領域でこの ERG を ノックダウンしたマウスでは軟骨の成熟が早くな り，実験的に引き起こした変形性膝関節症の発生率 が高くなることから，この ERG を患部にて発現さ せることで将来的に疾患の予防もしくは治療に役立 てることができるのではないかと期待している。ま た，変形性顎関節症の関節表面も変形性膝関節症に 類似していることから歯科分野でも応用できる治療 になるのではないかと考えている。 ３つめはアメリカでの自分のメインテーマとなっ た研究であり，骨形成時に前述したヘッジホッグシ グナルを細胞が受け取る際にその受容体が存在する プライマリーシリア（一次繊毛）と呼ばれる細胞表面 上の繊毛に関する研究である。哺乳類の下顎頭は， 下顎窩および関節円板を有する可動関節であり，同 時に下顎成長の中心としても知られている。胎生初 期において下顎頭の形成は下顎原基に沿った骨膜組 織の肥厚により誘導され，下顎頭軟骨はその後長軸 方向に沿った幾つかの層（表層，線維層，増殖層， 分化層，前肥大層，肥大層）からなる成長板用構造 を構築する２） 。また，下顎頭関節表面直下に存在す る軟骨前駆細胞は増殖しつつ同時に軟骨細胞への分 化を行いその伸長を維持している３） 。軟骨細胞はそ の後，将来の皮質骨および骨髄への成長を引き起こ すために重要である肥大化を引きおこし，同時に肥 大細胞周辺で骨外形を形成するため膜内骨化が開始 する４） 。これは長管骨の成長と同様であり，長管骨 においてはこれらすべてのプロセスはよく協調し調 和している。しかしながら，興味深いことに下顎頭 軟骨は長管骨のような美しいカラム形成は見られな いのである５） 。インディアンヘッジホッグ（Ihh）は 胎生期および生後，双方における主要な長管骨成長 の制御因子である。ヘッジホッグタンパクは標的細 胞上で細胞表面レセプターの Patched と結合し， Smoothend を活性化させる。このシグナルはプラ イマリーシリア上のジンクフィンガー転写因子 Gli １，Gli２と Gli３を通じて転写活性化因子および抑 制因子に伝達される。プライマリーシリアは孤立性 の繊毛であり，軟骨細胞も含め，脊椎動物において はそのほとんどの細胞に存在する６，７） 。鞭毛内輸送 （intraflagellar transport（IFT））の 過 程 は プ ラ イ マ リーシリア構造の建築と維持に重要であり，その構 歯科学報 Vol．１１２，No．２（２０１２） １０５ ― ２９ ―

造や機能の突然変異はパターン形成や骨の発育に影 響を及ぼす８） 。例えば，キネシンⅡモーターコンプ レックスの kif3a やシリアの構造部品であるポラリ スの発現を抑制した際には，体のパターン形成だけ でなく頭蓋底の軟骨結合や長管骨の成長にも影響は およぶ。これらの構造中の軟骨成長板は完全に混乱 し，軟 骨 細 胞 の 増 殖 は 減 少，肥 大 細 胞 が 残 留 す る９，１０） 。そこで，私の研究においてはプライマリー シリアが顎関節の成長においても同様の重要な役割 を持つかを検索した。また，TMJ の構造および発 育過程が通常の長管骨と比較し特徴的であることか ら特に軟骨細胞におけるプライマリーシリアの欠損 が軟骨内骨化および膜内骨化の過程に影響するか， および下顎等の欠損に影響するかに注目した（図 ２）。 結果として私は Kif3a とプライマリーシリアが発 生，形態形成，および軟骨の成長に必要であること を証明した。この研究の結果は，以下のシェーマに 示すことができる（図３）。正常な下顎頭では増殖層 が厚く，Sox9 を発現する軟骨前駆細胞を多量に含 み，卵円形の顆頭により覆われている。しかしなが ら軟骨膜へ移行する側方ではこの増殖層が薄くなっ ている。この層の直下には Ihh を産生する肥大細胞 層が存在し，この Ihh が増殖層に拡散し細胞増殖， 軟骨形成，および骨鞘の形成を制御する。それによ り，生後の下顎頭は軟骨形成を司る増殖層，骨形成 が起こる骨膜という２つの領域を確立させ，正常な 下顎頭の発生と成長に成長板の軟骨細胞とこれらの 領域相互作用が要求されるといえる。この研究で用 いられた軟骨領域における Kif3a の発現を欠損した マウスの下顎頭ではこれらのプロセスに混乱が認め られた。増殖層は薄く，低い細胞増殖能と早期の軟 骨細胞の肥大および成熟が認められた。また，Ihh が産生されているにもかかわらず正常な組織分布が 行われないため，より広い範囲に Ihh が分布してし まい，軟骨膜および増殖層において軟骨形成領域を 図２ col2 領域での kif3a 発現を抑制したマウスでは，その外形には大きな違 いがないものの（A，D）関節表面の骨形成度合いが低く（B，E），関節頭自 体の大きさも小さくなっている（C，F） 衣松：フィラデルフィア滞在記 １０６ ― ３０ ―

骨形成領域へと変化させ，異所性骨化を引き起こし たと考えられた。結果として下顎頭の形成と成長は 軟骨前駆細胞の増殖抑制と前後的および頬舌的な軟 骨形成の抑制によって障害されたと考えられた。こ の 研 究 に 関 す る 論 文 は２０１１年８月 に Journal of Dental Research に掲載され１１） ，幸運にも研究内で 発表した組織写真はその号の表紙として用いられた （図４）。 フィラデルフィアの生活 フィラデルフィアは全米第５位の都市であること はすでに述べたが，日本に例えるとどの土地が近い か，よく知り合いより尋ねられた。町の猥雑さと 道々で出会う人々の雰囲気を見るにつけ，私はフィ ラデルフィアという町は日本の名古屋が近いのでは ないかと考えている。なお，１０年ほど前までは全米 屈指の犯罪率を誇り，夜１２時過ぎにバーから帰宅す る際には，交差点ごとに物乞いに２０ドル払わなけれ ば身の危険を感じるほどであったと聞いているが （２０ドル以上出してしまうと被害者が後で訴えそう なのでかえって危害を加えられたりする。），近年で は，安全対策がしっかりと取られており，程良く 酔っ払った私が毎晩のようにバーの閉まる夜中の２ 時過ぎに町をうろついても，ついに身の危険を感じ ることはなかった。なおこれは個人的な感想である ことから，注意をするに越したことはないのは言う までもない。私は，我が校より海外留学を行う多く の先生方とは異なり，家族を伴わず単独でアメリカ に乗り込み生活を行なっていたことから，ここでは アメリカ単身赴任生活の楽しさについて触れられれ 図３ kif3a ノックアウトマウスにおける下顎頭のモデル。IHH シグナルを軟 骨領域の細胞が受け取れないことによりそのシグナル分布に異常が発生 し，周囲環境をより早期に成熟したものに変えてしまう。その結果骨膜は より上部に達し側方への発育を抑制，増殖層の細胞数減少は長軸方向への 成長抑制と恒常性維持の異常を引き起こす 図４ 自分の写真が表紙を飾った JDR を手にア メリカンスマイル 歯科学報 Vol．１１２，No．２（２０１２） １０７ ― ３１ ―

ばと考えている。 アメリカ単身赴任生活を始めるにあたり，私は自 分に対し有り余る時間をどう有意義に使うかという ミッションを課した。この際考えたのが，①英語を 話せるようになる（専門会話はもちろん日常会話を 行いたい），②今まで話したことのない様々な分野 の友人を作る，③アメリカの文化背景を学び日本に はない良さを吸収する，という３つの課題であっ た。①の課題については YMCA が主催する無料の 英語教室に通うこと，アメリカ人の主催する英語と 日本語の言語交換の会に参加すること，とにかく昼 食にアメリカ人を捕まえて会話の機会を作ることを 自分に課した。特に言語交換の会は毎週日曜の午後 ５時半に会場の喫茶店に集まり１０時まで英会話と日 本語の教授，その後夜中１２時までアイリッシュパブ で飲みながら英会話と，休息日である日曜としては 異常なスケジュールであったが，２年間この会に参 加し続けたことが自分の英語力を底上げしたのでは ないかと考えている。結果として本来力にあふれて いるはずの月曜日が一週間で最も疲れている日に なってしまったのは悪い副作用であったと思われ る。YMCA の英語教室では世界各地から訪れた友 人たちが英語を身につけようと奮闘しており，その 環境は自分を日本人ではなく一人の地球に住む人間 という種であると認識させてくれる非常に有意義な 機会であった。②の課題を達成するためには，積極 的にアメリカ人や日本人のコミュニティーに参加し た。教会のコミュニティーでは牧師さんの家族と， アート系の集まりでは映画コーディネーターやクレ イアニメの製作者と，また研究者の集まりにおいて は弁護士や裁判官，法律学者などとこれらの今まで 触れ合ったことのない人々との出会いは，彼の地の 自由な雰囲気も含め，お互いを高めあう非常に良い 刺激となった。この関係は日本に帰ってきた今もな お続いており，視野が狭窄しがちな日常の生活を押 し広げ続けてくれている。また，歯科と近接する医 科や獣医学等のメディカル分野および基礎科学の分 野を専門とする研究者たちとの出会いも，研究の持 つ裾野の広さを感じさせてくれた（図５）。彼らと鍋 をつつきながら，また時にはビールを片手にハン バーガーを食べながらディスカッションしたアイデ アを形にし，今後大学から発信したいと思ってい る。また，いつか彼らと協力し他分野とまたがった 研究を展開していきたい。③に関しては完全に達成 することは出来なかったが，地元に住むアメリカ人 の友人を通じて年間のイベントに参加すること，彼 らと共に旅をし，その心理を共感することで得られ たのではないかと考えている。サンクスギビングや ハロウィン，独立記念日など，時にはアメリカ人家 庭にお邪魔しターキーの丸焼き，大量のホットドッ ク等，素晴らしい手料理を振舞ってもらいながら ゆったりとした時間を過ごさせてもらうことができ た。アメリカの人々は自国を愛しそれぞれのイベン トを楽しみきっていた。ペンシルベニアをめぐる旅 行では広大な自然や鍾乳洞，乗用車の上に寝っ転が り見上げた星空など数々の風景が今も心のなかに 残っている。忙しさから西海岸や南米に足をのばす ことはついに出来なかったが，人生の楽しみが残っ たと思うことにしている。今私はアメリカを愛する とともに，自分の生まれ育った日本に対しても以前 よりも深い愛情を感じている。 おわりに 海外留学の意義とは何か？私は何もそんな大層な 気概を持って留学へ望んだわけではなかった。海外 生活や研究に没頭する生活への興味，限りある人生 の中で経験できることは経験しておきたい。その程 度の気持ちから出発した留学であった。しかしなが らアメリカという大きな国に集まる数々の研究者や 臨床家との交流や，その国で自らのラボを持ち必死 図５ フィラデルフィアで出会った様々な人種の研究者仲 間たちと。皆情熱を持っていた 衣松：フィラデルフィア滞在記 １０８ ― ３２ ―

に経営を行いつつ研究に邁進するボスの姿，および 彼らの仕事に対する真摯な姿と情熱を見るなかで， “生き様”というものについて考える事がよくあっ た。私は２年間という長期にわたり留学させていた だいたこの経験を今後，研究・教育の中で応用し， また若い先生方に少しでも伝えて行くことが出来れ ばと考えている。 謝 辞 稿を終えるにあたり，今回の貴重な長期海外出張の機会を 与えていただいた東京歯科大学金子 譲理事長（前学長），井 出吉信学長，歯周病学講座 山田 了前主任教授，齋藤 淳 主任教授ならびに関係各位に深謝致します。また，フィラデ ルフィア滞在中にご指導いただいたフィラデルフィア小児病 院の Maurizio Pacifici 教授，小山英樹助教授，そして不在期 間を支えていただいた歯周病学講座の皆様に感謝申し上げま す。最後に異国での生活を許可し，日本からバックアップし てくれた家族に感謝いたします。 文 献

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Pacifici M.: Temporomandibular joint formation and con-dyle growth require Indian hedgehog signaling.Dev Dyn,

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３）Kantomaa T, Tuominen M, Pirttiniemi P.: Effect of me-chanical forces on chondrocyte maturation and differen-tiation in the mandibular condyle of the rat. J Dent Res,

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９）Koyama E, Young B, Nagayama M, Shibukawa Y, Enomoto-Iwamoto M, Iwamoto M.: Conditional Kif3a abla-tion causes abnormal hedgehog signaling topography, growth plate dysfunction, and excessive bone and carti-lage formation during mouse skeletogenesis.Development,

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１０）Ochiai T, Nagayama M, Nakamura T, Morrison T, Pil-chak D, Kondo N.: Roles of the primary cilium component Polaris in synchondrosis development. J Dent Res, ８８：

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１１）Kinumatsu T, Shibukawa Y, Yasuda T, Nagayama M, Yamada S, Serra R, Pacifici M, Koyama E.: TMJ develop-ment and growth require primary cilia function. J Dent

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