田渕 圭章¹, 菅原 有希¹, 近藤 隆², 池亀 美華³, 鈴木 信雄⁴, 北村 敬一郎⁵

Yoshiaki TABUCHI¹, Yuuki SUGAHARA¹, Takashi KONDO², Mika IKEGAME³, Nobuo SUZUKI⁴, Kei-ichiro KITAMURA⁵

¹富山大学生命科学先端研究センター, ²富山大学大学院医学薬学研究部, ³岡山大学大学院医歯薬学総合研究科, ⁴金沢大学環日本海域環境研究センター, ⁵金沢大学医薬保健学域

¹Life Science Research Center, University of Toyama, ²Graduate School of Medicine and Pharmaceutical Sciences, University of Toyama, ³Graduate School of Medicine, Dentistry and Pharmaceutical Sciences, Okayama University, ⁴Institute of Nature and Environmental Technology, Kanazawa University, ⁵College of Medical, Pharmaceutical and Health Sciences, Kanazawa University

キーワード :

【目的】
低出力パルス超音波（LIPUS）は，臨床の場で骨折治療に利用されている．しかしながら，LIPUSの骨折治癒促進作用の詳細な分子メカニズムは未だに不明な点が多い．ヒトゲノムプロジェクトは2003年に完了し，現在では，数多くの生物のゲノム情報やこれに関連する技術が容易に利用できるようになった．DNAマイクロアレイは，一度に数万個の遺伝子発現を解析できることからポストゲノム研究における網羅的遺伝子発現解析の非常に有用な技術である．バイオインフォマティクスは，コンピューター技術を用いて生物情報を理解する学問であり，膨大な遺伝子発現情報から遺伝子の機能や遺伝子間の相互作用等を解析することができる．我々は，LIPUSの骨芽細胞に対する作用の分子メカニズムの詳細を明らかにする目的で，DNAマイクロアレイとバイオインフォマティクスツールを用いてLIPUSに応答する遺伝子を網羅的に解析した．
【方法】
マウスMC3T3-E1前骨芽細胞様細胞を35 mmシャーレで培養し，下面からLIPUS（1.5 MHz, 30 mW/cm²; SAFHS 4000J，帝人ファーマ社）を単回20分間照射した．網羅的な遺伝子発現解析は，45,101個のプローブセットが搭載されたMouse Genome 430 2.0アレイ（Affymetrix社）を用いた．得られたデータは，GeneSpring^®ソフトウエア（Agilent Technologies社）とIngenuity^® Pathway Analysisデータベース（Ingenuity^® Systems社）を用いて解析した（1，2）．
【結果】
LIPUSは，細胞増殖やアルカリフォスファターゼ活性（骨芽細胞分化マーカー）は影響をおよぼさなかったが，骨芽細胞の分化マーカータンパク質であるオステオカルシンのmRNAレベルが有意に増加した．GeneChip^®システムを用いたDNAマイクロアレイ解析により，LIPUS照射細胞において1.5倍以上発現が変動する75遺伝子が明らかとなった．Ingenuity^® Pathway Analysisデータベースを用いて，遺伝子の間の機能的な関連を調べた結果，発現が増加する38遺伝子からdentin matrix protein 1（Dmp1）, lumican（Lum）やinsulin-like growth factor 2（Igf2）等，数多くの骨の形態に関連する遺伝子が含まれる遺伝子ネットワークが示された．発現が減少する37遺伝子においても，遺伝子ネットワークが存在し，inhibitor of DNA binding 1（Id1）やId2等，遺伝子発現，細胞周期や結合組織の発達や機能に関連した遺伝子が含まれた．幾つかの遺伝子の発現変動は，リアルタイム定量的PCR法を用いて確認した．
【結論】
骨芽細胞モデルにおいて，LIPUSが数多くの遺伝子の発現に影響をおよぼすことを明らかにした（3）．今回我々が用いた研究手法は，超音波の作用メカニズム解明に非常に有用なアプローチであると考えられる．
【参考文献】
（1）Tabuchi Y. et al., Biochem. Biophys. Res. Commun. 345, 1044-1050（2006）；
（2）Tabuchi Y., et al., Int. J. Hyperthermia. 29, 38-50（2013）；
（3）Tabuchi Y. et al., Int. J. Mol. Sci. 14, 22721-22740（2013）