腱や靭帯の組織に必要な遺伝子ネットワークを発見
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アキレス腱断裂や靭帯損傷などの怪我はスポーツ選手にとって長期離脱の原因となっており、復帰までには一定のリハビリテーションの時間を有するため、その間にパフォーマンスが低下してしまったり、選手生命自体を脅かすことも少なくない。
腱や靭帯の組織は一度破壊されると自然治癒では本来の正常構造に戻すことが困難であり、瘢痕(はんこん)と呼ばれる傷の跡が本来の構造組織の代わりに組織の結合を保とうとするが、その強度は本来の正常な腱・靱帯には及ばない。そのため、再断裂を引き起こす可能性も高く、長期の休暇がさらに必要になったり、関節変形の進行や健康寿命の短縮などにもつながる。
東京医科歯科大学は2月24日、浅原弘嗣教授(同大学大学院医歯学総合研究科システム発生・再生医学分野)らと東京慈恵会医科大学整形外科学講座との共同研究グループが、腱や靭帯の成分であるコラーゲンやプロテオグリカンが物理的刺激によって発現する遺伝子ネットワークを解明したと発表した。
この研究成果は2月16日付けの国際科学誌「Molecular and Cellular Biology」(電子速報版)で公開されている。
腱や靭帯の発生・再生メカニズムを研究
腱や靱帯は一般的に血流が少なく、一度傷めてしまうとその再生・修復が難しい組織だ。
そのため、腱や靱帯の構成に関わるメカニズムを明らかにして、その再生治療やリハビリに応用することは課題になっている。
同研究グループではこれまでに、腱・靱帯に特異的に見られるホメオボックス遺伝子Mohawk(Mkx遺伝子)を発見していた。
このMkx遺伝子は腱の成分の多くを占めるタンパク質「I型コラーゲン」や腱線維をつなぐ糖タンパク質の複合体「プロテオグリカン」の産生に必須となる遺伝子で、このMkx遺伝子が不足すると関節の変形や炎症などにも関わる可能性があることも分かっている。
Mkx遺伝子の発現上昇が腱や靭帯の成熟を促進
今回の研究では、物理的な刺激を与えることで腱・靱帯を制御するこのMkx遺伝子に影響が出ると推定し、これまで明らかになっていなかった腱・靭帯の再生における遺伝子制御ネットワークのメカニズム解明を行った。
同研究グループが行ったマウスによる実験では、適度なトレッドミル運動(=ランニングマシン)によってアキレス腱でのMkx遺伝子の発現量が増えて、I型コラーゲンの発現量の増加やコラーゲン線維の肥大化・線維密度の増加も確認された。
一方でMkx遺伝子が不足したマウスでは同運動を行った場合でもMkx遺伝子の明らかな増加が見られず、コラーゲン線維の肥大化や線維密度の増加も確認されなかったことでMkx遺伝子が腱の成熟に必要な遺伝子であることが確認された。
同研究グループでは、このような運動応答があるMkx遺伝子を制御する遺伝子としてGTF2IRD1遺伝子を同定した。
通常の腱細胞ではGTF2IRD1遺伝子が細胞質に存在しているが、このGTF2IRD1遺伝子を物理的に引っ張ることで細胞核内に移行することが確認された。
これにより、GTF2IRD1遺伝子が物理的刺激によって細胞核内へ移行しMkx遺伝子を制御するという遺伝子ネットワークのメカニズムが明らかになった。
物理刺激を与えると腱・靭帯が再生、人工の腱・靭帯の作成へ応用も期待
今回の研究結果から、腱を構成する細胞では外的な刺激を感知した遺伝子ネットワークの働きによって腱の成熟を促進させることが明らかとなった。
この研究成果により、適度な運動が腱や靭帯の断裂などの修復にも影響すると考えられ、適度な刺激を与える運動がリハビリとしても重要であることが再確認された。
また現在の医療技術では困難である人工の腱や靱帯の作成においてもMkx遺伝子は不可欠だと考えられており、今後の臨床応用やさらなる解析が期待される。
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