ヒト骨細胞の代謝とリモデリングに対するミトコンドリア機能不全の影響
細胞およびマウスの研究は、ミトコンドリアの機能不全が骨構造の変化を引き起こす可能性があることを示唆しています。
仮説: ミトコンドリアのエネルギー産生の減少は、骨細胞の発達と活動に悪影響を及ぼします。
ミトコンドリア DNA バリアント、m.3243A>G、POLG または TWNK 遺伝子の病原性バリアントを持つヒトを健常対照者と比較することで、ミトコンドリア機能障害が以下に及ぼす影響を評価することが目的です。1: 骨細胞の発達および骨髄幹の活性細胞と血液。
2: グルコース消費を含む骨細胞代謝。 3: 電子顕微鏡および骨生検のμCTスキャンによって評価された骨構造。
調査の概要
詳細な説明
適切なエネルギー供給を含む無傷のミトコンドリア活動は、代謝活性組織、すなわち骨格筋、心臓、脳にとって不可欠です。 人間の骨格は、代謝的に活発な追加の組織です。それにもかかわらず、人間の骨格の骨の健康におけるミトコンドリアの役割の重要性はさらに調査される可能性があります。
骨のリモデリングは、骨再吸収細胞の破骨細胞 (OC) による骨の分解とそれに続く骨形成骨芽細胞 (OB) による骨マトリックスの形成の結合された連続的な再生プロセスを構成します。 吸収と形成の間の量的な不均衡は、骨粗鬆症を含む骨量の少ない骨格障害、および脆弱性骨折のリスクの増加をもたらします。
ミトコンドリアは、呼吸鎖 (RC) の酸化的リン酸化プロセス (OXPHOS) を介して細胞エネルギーのアデノシン三リン酸 (ATP) を生成し、有害な副産物であるフリーラジカル (活性酸素種 (ROS)) を二次的に生成します。 特に、ミトコンドリアは独自の DNA (m.DNA) を保持し、RC サブユニットはそれぞれ m.DNA および核 DNA (n.DNA) 遺伝子によってコードされます。 老化に伴い、有害な体細胞 m.DNA 変異が骨格筋と心臓に蓄積し、体細胞 m.DNA 変異および遺伝した m.DNA または n.DNA 変異がミトコンドリア機能障害を引き起こし、ATP 産生の障害と ROS の蓄積を引き起こす可能性があります。 m.DNA 変異は、脳、骨格筋、および心筋の機能を損なう可能性がありますが、ヒトの骨細胞の代謝およびリモデリングへの影響は不明です。 若い個人のコホートに関する最近の研究は、ミトコンドリア病が脆弱性骨折のリスクをもたらすことを示しています。
前臨床研究は、ATP と ROS が骨代謝を調節することを示唆しています。 m.DNA 数とミトコンドリア活性が増加し、ヒト骨格 (間葉系) 幹細胞 (hMSC) から成熟した骨形成 OB への分化がサポートされます。 ミトコンドリア活性の阻害または ROS レベルの増加は、OB 分化を抑制します。 同様に、OCはミトコンドリアが豊富です。 人間の OC 培養は、OC 吸収活性が解糖に依存しているのに対し、OC の前駆細胞からの分化のためのエネルギー供給は OXPHOS に基づいていることを示しています。
さらに、新たな証拠は、代謝可塑性、すなわち解糖、OXPHOS、およびピルビン酸レベルの調節が、OB および OC 分化の調節に寄与することを示唆しています。
OBs によって分泌される核因子カッパ-ベータ リガンド (RANKL) の受容体活性化因子は、OC 吸収を活性化します。 マウスでは、骨髄 OC 前駆細胞の RANKL 刺激により、ROS の細胞内レベルが増加し、in-vitro で OC 分化と骨吸収が刺激されます。 さらに、ROS は無翅型 (Wnt) シグナル伝達経路を阻害し、骨芽細胞形成の減衰と骨形成の減少をもたらします。
さらに、m.DNA ポリメラーゼ POLG (PolgA-/-) の n.DNA エンコード プルーフ リーディング ドメインに変異を持つマウスは、m.DNA 変異を蓄積し、低骨量を含む早期老化表現型を示します。 さらに、n.DNA エンコードされたミトコンドリア転写因子 (TFAM) の欠乏は ATP の枯渇を引き起こし、TFAM 欠損 OC を持つマウスは OC 活性が増加し、骨吸収が増大します。 反対に、RC複合体1のサブユニットであるNADH（ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド）ユビキノン酸化還元酵素Fe-Sタンパク質4（NDUFS4）の全体的な喪失は骨吸収を損ない、（ndufs4-/-）マウスは骨密度（BMD）の増加を示し、明らかな大理石骨病の骨の表現型。
目的は、MT-TL1 m.3243A>G (MIM: 590050) のまれなミトコンドリア病キャリアを持つ患者の骨細胞の表現型を研究することです。遺伝子は転写因子 tRNALeu(UUA/UUG) をコードし、m.3243A>G は二次障害ATP産生を伴うRC複合体の組み立て。 表現型は、部分的に m.3243A>G 変異負荷、すなわちヘテロプラスミーのレベル (m.3243A>G/野生型 m.DNA のパーセンテージ) に関連しています。 この研究グループには、核内にコードされた POLG (MIM: 174763) および TWNK (MIM: 606075) の突然変異の保因者も含まれています。
仮説: ミトコンドリア機能の障害は、ヒトの骨細胞の分化、代謝、および活動に影響を与え、骨形成の障害および骨の脆弱性を引き起こします。
目的: 遺伝性ミトコンドリア突然変異の保因者、すなわちミトコンドリア機能障害、ATP 枯渇および ROS の二次的増加が以下の変化につながるかどうかを判断すること:
- インビトロ OB 分化率、OB 活性および骨形成。
- インビトロ OC 分化 - OC 活性およびより高い全体的な骨吸収。
- 腸骨稜骨生検で調べた骨形成および骨吸収の組織レベル動態の生体内変化。
設計、参加者および方法: 以下の変異のいずれかを持つ被験者 (> 18 歳) を含む横断的症例対照研究:
- MT-TL1 m.3243A>G
- POLG突然変異
- TWNK
N=10 のケースで、各病原性遺伝子バリアントと同数の対照 (n=30) が性別、年齢、BMI で一致しました。
研究の種類
入学 (推定)
段階
- 適用できない
連絡先と場所
研究場所
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-
-
Aalborg、デンマーク
- Dept. of Clinical Genetics
-
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参加基準
適格基準
就学可能な年齢
健康ボランティアの受け入れ
説明
包含基準 - ケース:
- 以下の遺伝子診断: MT-TL1 m.3243A>G、または POLGバリアント、het または TWNKバリアント、het、> 18歳
- 署名済みのインフォームド コンセント
包含基準 - コントロール:
- 18歳以上の年齢と性別が一致する健康な被験者
- 署名済みのインフォームド コンセント
除外基準:
- 腎臓 (クレアチニン > 90 µmol/l)
- 肝機能障害（AST＞上限の3倍）
- 骨代謝に影響を与える治療（12週間未満の経口コルチコステロイド、抗骨粗鬆症治療、性ステロイド、抗けいれん薬）
- 妊娠
- アルコールの過剰摂取
- 抗凝固剤による治療
- 既存の凝固障害
- リドカイン、モルヒネ、ジアゼパムに対するアレルギー。
研究計画
研究はどのように設計されていますか？
デザインの詳細
- 主な目的：基礎科学
- 割り当て：なし
- 介入モデル：単一グループの割り当て
- マスキング：なし（オープンラベル）
武器と介入
参加者グループ / アーム |
介入・治療 |
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他の：ケースとコントロール
臨床評価、血液サンプル、二重エネルギー X 線吸収法 (DXA) スキャン、骨髄の評価、およびテトラサイクリン標識骨生検
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血液サンプル、骨髄および骨生検の評価
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この研究は何を測定していますか？
主要な結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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細胞外酸性化率 (ECAR) (mPH/分)
時間枠：最長12週間
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ヒト骨髄骨格 (間葉) 幹細胞 (hBM-MSC)、骨芽細胞 (OB)、破骨細胞 (OC) における ECAR の測定
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最長12週間
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酸素消費率 (OCR) (mpMol/分)
時間枠：最長12週間
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HBM-MSC、OB、および OC における OCR の測定
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最長12週間
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増殖率（細胞数）
時間枠：最長12週間
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OB・OCの成長率
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最長12週間
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二次結果の測定
結果測定 |
メジャーの説明 |
時間枠 |
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骨の成長率 (µm/日)
時間枠：最大4週間
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テトラサイクリン標識骨生検における骨成長の組織計測測定
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最大4週間
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組織形態計測
時間枠：最大4週間
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骨生検の組織計測学的研究
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最大4週間
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協力者と研究者
捜査官
- 主任研究者：Anja L Frederiksen, MD、Aalborg University Hospital
出版物と役立つリンク
一般刊行物
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研究記録日
主要日程の研究
研究開始 (実際)
一次修了 (推定)
研究の完了 (推定)
試験登録日
最初に提出
QC基準を満たした最初の提出物
最初の投稿 (実際)
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