Elucidation of enamel cross-striation formation mechanism

エナメル質の基本構造をなすエナメル小柱には横紋が観察される.この横紋は概日リズムを刻んだ成長線のひとつとして知られているが,形成メカニズムについては様々な説がある.非脱灰凍結切片で基質形成期のエナメル基質を抗アメロゲニン抗体で免疫染色すると横紋様パターンを示した.この結果から,横紋は基質形成期のアメロゲニンのタンパク量に依存した石灰化パターンであり,アメロゲニンの発現は概日的に変動するのではないかと推測した.そこで,アメロゲニンの発現に周期があるか観察するために,アメロゲニンプロモーターの下流にルシフェラーゼを繋いだコンストラクト(pGL3-1730-luc)をラットエナメル芽細胞株HAT7に遺伝子導入してアメロゲニンの転写活性を計測したところ,一定の周期をもって変動することが認められた.次に,プロモーター領域のDeletion-mutant (pGL3-464, -74, -48-luc)を作製して周期性の制御に関わる領域を検索した結果, C/EBPαのbindingモチーフが有力な候補と考えられた.その転写はMsx2によって制御を受けることが知られていることから, Msx2の発現ベクターを用いた強制発現の影響を調べたところ,そのリズムが消失した.またMsx2の遺伝子欠損マウスには基質形成の横紋様パターンが見られなかった.以上の結果から, Msx2がアメロゲニンの発現周期に影響していることが推測され,さらにアメロゲニンの発現量の周期的変化によって生じた基質形成パターンが,横紋形成に関与していると考えられた.
In enamel rods, periodic bands referred to as 'cross-striations' are observed, and known as incremental lines of circadian rhythm. Though it is considered that the cross-striation is involved in the biological circadian rhythm during the secretion of enamel matrix protein by ameloblasts, the developmental mechanism involved has not been examined in detail. By immunostaining amelogenin in fresh frozen sections of mouse lower incisor, we could observe fluorescent periodic bands in the enamel matrix, which were identical to the pattern of these cross-striations. Accordingly, we focused on the biological rhythm in the section of amelogenin. We examined amelogenin mRNA transcriptional activity in an ameloblast cell line (HAT7) by using real-time luminescence microscopy. The results showed that amelogenin mRNA transcriptional activity exhibited periodic rhythmicity and that Msx2 over-expression led to the disappearance of the periodic change. Further, in the lower incisors of Msx2-deficient mice, the periodic bands were not observed. Taken together, our findings suggest that the formation of cross-striations in the enamel rods was associated with the expression of amelogenin regulated by the transcriptional activity.