手塚研究室

手塚研究室〜研究プロジェクト

高等生物の遺伝子配列が明らかになり、さまざまなノックアウトマウスを作り出しながらも、いまだに生命の謎はわれわれの理解を大きく超えたところにあります。最近その生命の謎に迫るために、生物を数多くの部品が集まった複雑なシステムとしてとらえるシステムバイオロジーという手法が生まれつつあります。われわれはコンピュータシミュレーションと細胞や実験動物を使った研究を組み合わせる事で、次世代の生命科学研究に取り組もうとしています。骨や歯という硬組織を材料にして、一人一人が自分の興味と個性を活かした研究をしています。

１、歯髄細胞バンクの構築と再生医療への応用

私たちのからだの組織には、組織を新しく作り替えて新陳代謝をするための幹細胞があります。中でも、歯髄や骨髄などに存在する間葉系幹細胞は、誰もが持っている幹細胞で、体外に取り出して簡単に増やす事ができます（新培養細胞実験ハンドブック　p314-318）。われわれは、親知らずの歯髄から、歯髄幹細胞を大量に調製できる事や、そこからiPS細胞を誘導できることを報告しました。これらの細胞をバンク化し、再生医療資源として蓄積しながら、さまざまな組織を再生させるにはどうすればよいか、研究をしています（Takeda et al. J. Dent. Res., 2008）。京都大学山中研究室の技術で、ES細胞とほぼ同等の能力を持つiPS細胞に誘導すれば、歯や骨だけでなく、多くの重要な組織・器官の再生に利用できる可能性が広がります。将来は、iBoneのような計算機シミュレーションと組み合わせて画期的な再生医療システムを構築するのが夢です。しずいちゃんというイメージキャラクターを作って、一般の人への啓蒙もおこなっています。結構楽しいです。

  • Tomoko Takeda-Kawaguchi, Ken Sugiyama, Shunji Chikusa, Kazuki Iida, Hitomi Aoki, Naritaka Tamaoki, Daijiro Hatakeyama, Takahiro Kunisada, Toshiyuki Shibata, Noemi Fusaki, Ken-ichi Tezuka: Derivation of iPSCs after Culture of Human Dental Pulp Cells under Defined Conditions. PLOS ONE | DOI:10.1371/journal.pone.0115392, 2014 (Link)
  • Naritaka Tamaoki, Kazutoshi Takahashi, Hitomi Aoki, Kazuki Iida, Tomoko Kawaguchi, Daijirou Hatakeyama, Masatoshi Inden, Naoyuki Chosa, Akira Ishisaki, Takahiro Kunisada, Toshiyuki Shibata, Naoki Goshima, Shinya Yamanaka, and Ken-ichi Tezukaa: The homeobox gene DLX4 promotes generation of human induced pluripotent stem cells. Sci Rep. 2014; 4: 7283, 2014
  • K. Iida, T. Kawaguchi, M. Hada, M. Yuriguchi, H. Aoki, N. Tamaoki, D. Hatakeyama, T. Kunisada, T. Shibata, and K. Tezuka: Hypoxia-enhanced Derivation of iPSCs from Human Dental Pulp Cells. J. Dental Res. 92: 905-910, 2013
  • Keisuke Okita, Yasuko Matsumura, Yoshiko Sato, Aki Okada, Asuka Morizane, Satoshi Okamoto, Hyenjong Hong, Masato Nakagawa, Koji Tanabe, Ken-ichi Tezuka, Toshiyuki Shibata, Takahiro Kunisada, Masayo Takahashi, Jun Takahashi, Hiroh Saji, and Shinya Yamanaka: Efficient and Simple Method to Generate Integration-Free Human iPS Cells. Nature Methods. 8, 409-412, 2011.
  • Kazuki Iida, Tomoko Takeda-Kawaguchi, Yoko Tezuka, Takahiro Kunisada, Toshiyuki Shibata, Ken-ichi Tezuka: Hypoxia enhances colony formation and proliferation but inhibits differentiation of human dental pulp cells. Arch. Oral Biol. 55, 648-654, 2010.
  • N. Tamaoki, K. Takahashi, T. Tanaka, T. Ichisaka, H. Aoki, T. Takeda-Kawaguchi, K. Iida, T. Kunisada, T. Shibata, S. Yamanaka, K. Tezuka: Dental Pulp Cells for Induced Pluripotent Stem Cell Banking J.Dent. Res. 89, 773-778, 2010.
  • T. Takeda, Y. Tezuka, M. Horiuchi, K. Hosono, K. Iida, D. Hatakeyama, S. Miyaki, T. Kunisada, T. Shibata, K. Tezuka: Characterization of Dental Pulp Stem Cells of Human Tooth Germs. J.Dent. Res. 87, 676-681, 2008.

    • ２、iBone

    骨は力学的負荷に適応する複雑システムです。ヒトは年をとると骨が弱くなると言いますが、骨の細胞は限られたリソースを最大限に利用して、最後の最後までからだを支えようとします。東京理科大学理工学部機械工学科の菊池先生との共同研究で、有限要素法と複雑系を組み合わせて、どの様にして骨はこの様な優れた力学的特性を持ち得るのかという観点から、シミュレーションを設計しています。現在はこのシミュレーションモデルを用いて、本物のヒトの骨の形態をどこまで再現でき、さらに医療に応用できるかチャレンジしています。生き物の形を計算によって「作る」事を通して、生体器官が持つ機能や意味について深く追求し、再生医療への応用を目指しています。詳しくはiBoneページを御覧下さい。

  • 手塚建一，上岡寛：メカニカルストレスと骨〜骨細胞の生物学から骨リモデリングシミュレーションへ〜医学のあゆみ（医歯薬出版）Vol. 221, p76-80, 2007
  • Ken-ichi Tezuka, Tomoko Takeda, Yoshitaka Wada, Akiyuki Takahashi, and Masanori Kikuchi: Computer simulation of human mandible bone structure by iBone, a novel reaction-diffusion bone remodeling model. Key Engineering Materials, vols. 306-308, pp. 1277-1282, 2006.
  • Yasuko Sugawara, Hiroshi Kamioka, Tadashi Honjo, Ken-ichi Tezuka, Teruko Takano-Yamamoto; Three-dimensional reconstruction of chick calvarial osteocytes and their cell process using confocal microscopy. Bone, 36, 877-883, 2005.
  • Ken-ichi Tezuka, Yoshitaka Wada, Akiyuki Takahashi, and Masanori Kikuchi: Computer-simulated bone architecture in a simple bone-remodeling model based on a reaction-diffusion system. J. Bone Miner. Metabol. 23, 1-7, 2005.
  • Ken-ichi Tezuka, Yoshitaka Wada, and Masanori Kikuchi: iBone: a Reaction Diffusion Based Shape Optimization Method. Progress in Experimental and Computational Mechanics in Engineering, Key Engineering Materials Vols. 243-244, pp601-606, 2003.

    • 以下は論文にまとめた過去の主なプロジェクトです。

    ３、新規EGFリピート接着分子「POEM」の機能解析

    EGFリピート構造とは、上皮成長因子（Epidermal Growth Factor）に良く似たドメインがいくつも並んだ構造で、フィブリリンなどの細胞外基質やNotchなどのレセプター分子に多く見られます。われわれは、宮谷精二先生が設計したプライマーを使い、骨芽細胞様細胞株MC3T3-E1から、新規の遺伝子を単離しました。POEM (Preosteoblast EGF-repeat protein with MAM domain)と名付けられたこの分子は５つのEGFリピートとRGD細胞接着配列、そしてMAMドメインと呼ばれる領域を持つユニークな構造を持っています（Morimura et al. JBC, 2001）。

  • Agasa Miyazono, Atsushi Yamada, Naoko Morimura, Masamichi Takami, Dai Suzuki, Makoto Kobayashi, Ken-ichi Tezuka, Matsuo Yamamoto, Ryutaro Kamijo: TGF-b suppresses POEM expression through ERK1/2 and JNK in osteoblasts. FEBS Lett. 581, 5321-5326, 2007
  • Naoko Morimura, Yoko Tezuka, Naoko Watanabe, Masafumi Yasuda, Seiji Miyatani, Nobumichi Hozumi, and Ken-ichi Tezuka: Molecular cloning of POEM: A novel adhesion molecule that interacts with α8β1 integrin. J. Biol. Chem. 276, 42172-42181, 2001

    • ４、骨・軟骨分化とNotch

    我々は、Notchという分子が骨や軟骨の分化に及ぼす影響を調べています（Tezuka et al. JBMR, 2002, Watanabe et al. JBMM, 2003, Fujimaki et al. JBMM, 2006)。骨と軟骨。この２つの支持組織がどの様にして形成されてくるのかを明らかにするために、おもに株細胞を使って骨、軟骨形成におけるNotchの役割を調べました。

  • 藤巻亮二, 手塚建一 : Notchシグナルと細胞分化. CLINICAL CALCIUM 16, 114-119, 2006.
  • Ryoji Fujimaki, Yoshiaki Toyama, Nobumichi Hozumi, Ken-ichi Tezuka: Involvement of Notch signaling in initiation of prechondrogenic condensation and formation of nodules in limb bud micromass cultures. J. Bone Miner. Metabol. 24, 191-198, 2006
  • Ryoji Fujimaki, Katsuhiko Hayashi, Naoko Watanabe, Taketo Yamada, Yoshiaki Toyama, Ken-ichi Tezuka and Nobumichi Hozumi: Expression of Cre recombinase in the mouse developing chondrocytes driven by the mouse a2(XI) collagen promoter. J. Bone Miner. Metabol. 23, 270-273, 2005.
  • Naoko Watanabe, Yoko Tezuka, Kenji Matsuno, Seiji Miyatani, Naoko Morimura, Masafumi Yasuda, Ryoji Fujimaki, Kazuki Kuroda, Yuji Hiraki, Nobumichi Hozumi, and Ken-ichi Tezuka: Suppression of Differentiation and Proliferation of Early Chondrogenic Cells by Notch. J. Bone Miner. Metab., 21,　344-352, 2003.
  • Ken-ichi Tezuka, Masafumi Yasuda, Naoko Watanabe, Naoko Morimura, Kazuki Kuroda, Seiji Miyatani, and Nobumichi Hozumi: Stimulation of Osteoblastic Cell Differentiation by Notch. J. Bone Min. Res., 17, 231-239, 2002.

    • ５、骨特異的に発現する遺伝子の単離

    私が研究を始めた頃には、遺伝子はまだまだ未開の大原野でした。骨から細胞をとって増やし、その配列を読むことから、骨の持つさまざまな性質が明らかになりました。特に、破骨細胞で見つかったカテプシンKは、破骨細胞のマーカー遺伝子として、また、骨関連疾患のターゲットとして注目されています。

  • Inaoka, T., Bilbe, G., Ishibashi, O., Tezuka, K., Kumegawa, M. and Kokubo, T. : Molecular cloning of human cDNA for cathepsin K: novel cysteine proteinase predominantly expressed in bone. Biochem. Biophys. Res. Commun., 206, 89-96, 1995.
  • Tezuka, K., Nemoto, K., Tezuka, Y., Sato, T., Ikeda, Y., Kobori, M., Kawashima, H., Eguchi, H., Hakeda, Y. and Kumegawa, M. : Identification of matrix metalloproteinase 9 in rabbit osteoclasts. J. Biol. Chem., 269, 15006-15009, 1994.
  • Tezuka, K., Tezuka, Y., Maejima, A., Sato, T., Nemoto, K., Kamioka, H., Hakeda, Y. and Kumegawa, M. : Molecular cloning of a possible cysteine proteinase predominantly expressed in osteoclasts. J. Biol. Chem., 269, 1106-1109, 1994.
  • Takeshita, S., Kikuno, R., Tezuka, K. and Amann, E. : Osteoblast-specific factor 2: cloning of a putative bone adhesion protein with homology with the insect protein fasciclin I. Biochem. J., 294, 271-278, 1993.
  • Tezuka, K., Sato, T., Kamioka, H., Nijweide, P.J., Tanaka, K., Matsuo, T., Ohta, M., Kuriha ra, N., Hakeda, Y. and Kumegawa, M. : Identification of osteopontin in isolated rabbit osteoclasts. Biochem. Biophys. Res. Commun., 186, 911-917, 1992.
  • Tezuka, K., Takeshita, S., Hakeda, Y., Kumegawa, M., Kikuno, R., Hashimoto-Gotoh, T. Isolation of mouse and human cDNA clones encoding a protein expressed specifically in osteoblasts and brain tissues. Biochem. Biophys. Res. Commun., 173, 246-251, 1990.