骨細胞における力学的応答機構は、骨代謝の制御に加え、老化や骨代謝異常の発症にも深く関与していると考えられている。しかし、これらの機構が破綻することで骨細胞の老化や骨代謝異常がどのように引き起こされるかは、未だ十分に解明されていない。そこで本研究では、骨細胞の力学的負荷応答に関与する分子Xに着目し、その機能破綻が老化や骨代謝に与える影響の解明を目的とした。まず、Cre-ERT2-loxPシステムを用いて、骨細胞特異的かつ時期を制御して分子Xを欠損させることが可能な新規遺伝子改変マウスを作製した。タモキシフェン投与により、分子Xが骨細胞内で特異的に欠失されることを確認し、このモデルを用いてin vivoでの骨細胞機能を多角的に解析可能とした。さらに、骨細胞が受容する力学的刺激の多様性とその破綻による老化誘導を検討するため、後肢懸垂マウスモデルを導入した。解析の結果、懸垂開始7日後には、骨細胞において老化関連遺伝子の発現が著明に増加することを見出し、力学的負荷の喪失が急速な骨細胞老化を引き起こすことを示唆する重要な知見が得られた。また、骨細胞を対象とした定量的プロテオミクス解析法を新たに確立し、力学的刺激応答に関与する未同定の経路や分子の網羅的同定を目指している。加えて、分子Xの細胞内機能を詳細に解析するため、レンチウイルスを用いて分子Xをノックダウンした骨細胞株を樹立した。その結果、対照群と比較してp21やSASP関連遺伝子の発現上昇、SA-β-gal陽性細胞の増加が認められ、分子Xが骨細胞における老化抑制に関与することが明らかとなった。この表現型は、骨細胞選択的分子X欠失マウスにおいても観察された。これらの結果は、分子Xが骨細胞における老化抑制機構に関与しており、その欠失が老化促進に直結することを示す。
一方で、マイクロ流体デバイスを用いた革新的なヒトiPS細胞由来骨オルガノイドの開発に着手しており、その第一段階として、間葉系幹細胞への誘導法を確立した。さらに、軟骨と骨への分化誘導を段階的に組み合わせた三次元培養条件を最適化することで、「骨殻付き軟骨原基」の構築に成功した。分担研究者黒木は計画されたマイクロ流体デバイスの作製に成功しており、このC-iMSCsを中核とする三次元骨オルガノイドプラットフォームの確立に取り組んでいる。