TRPM7チャネルは骨発生を促進する成長板軟骨細胞における自発的Ca²⁺振動を媒介する

Sci. Signal. 09 Apr 2019:
Vol. 12, Issue 576, eaaw4847
DOI: 10.1126/scisignal.aaw4847

Nianchao Qian^1,*, Atsuhiko Ichimura^1,2,*, Daisuke Takei¹, Reiko Sakaguchi³, Akihiro Kitani¹, Ryohei Nagaoka¹, Masato Tomizawa¹, Yuu Miyazaki¹, Hitoshi Miyachi⁴, Tomohiro Numata^5,6, Sho Kakizawa¹, Miyuki Nishi^1,6, Yasuo Mori⁶, and Hiroshi Takeshima^1,†

¹ Graduate School of Pharmaceutical Sciences, Kyoto University, Kyoto 615-8501, Japan.
² Keihanshin Consortium for Fostering the Next Generation of Global Leaders in Research (K-CONNEX), Kyoto University, Kyoto 606-8501, Japan.
³ Institute for Integrated Cell-Material Sciences, Kyoto University, Kyoto 615-8510, Japan.
⁴ Reproductive Engineering Team, Institute for Frontier Life and Medical Sciences, Kyoto University, Kyoto 606-8507, Japan.
⁵ Graduate School of Medical Sciences, Fukuoka University, Fukuoka 814-0180, Japan.
⁶ Graduate School of Engineering, Kyoto University, Kyoto 615-8510, Japan.

† Corresponding author. Email: takeshim@pharm.kyoto-u.ac.jp

* These authors equally contributed to this study as co-first authors.

要約

長骨の軟骨内骨化時、増殖し分化した軟骨細胞は骨端成長板を構成する層状構造に配置され、そこで軟骨細胞は軟骨マトリックスを分泌し、続いてそれが小柱骨に変換される。Ca²⁺シグナル伝達は、in vitroでの軟骨形成に関与している。マウス胚由来の骨スライスの蛍光イメージングにより、われわれは生きた成長板軟骨細胞が、弱く断続的なCa²⁺流入と関連した細胞自律的な小さなCa²⁺振動を生成することを示した。Ca²⁺透過性チャネルをコードするいくつかの遺伝子が成長板軟骨細胞において発現していたが、一過性受容体電位カチオンチャネルサブファミリーMメンバー7（TRPM7）の薬理学的阻害剤のみが自発的Ca²⁺振動を減少させた。TRPM7媒介Ca²⁺流入は、ホスホリパーゼCの基底活性の下流で活性化された可能性があり、大きなコンダクタンスのCa²⁺依存性K⁺チャネルにより誘導される細胞過分極により増強された。TRPM7がex vivo培養時にコンディショナルノックアウトされた胚由来の骨は、成長の減少を示し、成長板におけるCa²⁺/カルモジュリン依存性プロテインキナーゼII（CaMKII）の不十分な自己リン酸化を伴う組織学的異常を呈した。TRPM7媒介Ca²⁺振動とCaMKII依存性軟骨形成との関連は、軟骨細胞特異的Trpm7ノックアウトマウスを用いた実験によってさらに支持された。このように、成長板軟骨細胞は、自己成熟および骨発生を促進する自発的なTRPM7媒介Ca²⁺振動を生成する。

Citation: N. Qian, A. Ichimura, D. Takei, R. Sakaguchi, A. Kitani, R. Nagaoka, M. Tomizawa, Y. Miyazaki, H. Miyachi, T. Numata, S. Kakizawa, M. Nishi, Y. Mori, H. Takeshima, TRPM7 channels mediate spontaneous Ca²⁺ fluctuations in growth plate chondrocytes that promote bone development. Sci. Signal. 12, eaaw4847 (2019).