Ученые объясняют роль определенного белка в генерации клеток, важных для поддержания костей.
Хронические заболевания костей и суставов, такие как остеопороз и ревматоидный артрит, затрагивают миллионы людей во всем мире, особенно пожилых людей, снижая качество их жизни. Важным фактором обоих этих заболеваний является чрезмерная активность растворяющих кость клеток, называемых остеокластами. Остеокласты образуются путем дифференциации из определенного типа иммунных клеток, называемых макрофагами, после чего они приобретают свою новую роль в поддержании костей и суставов: разрушение костной ткани, позволяющее остеобластам - другому типу клеток - восстанавливать и реконструировать скелетную систему. .
В широком смысле, в этой дифференциации участвуют два внутриклеточных процесса: во-первых, транскрипция, в которой информационная РНК (мРНК) создается из генетической информации в ДНК, а затем трансляция, при которой информация в мРНК декодируется для производства белков, которые выполняют в клетке определенные функции. С момента открытия роли определенного белка, называемого RANKL, в образовании остеокластов, ученые решили значительную часть загадки того, какие клеточные сигнальные пути и сети транскрипции регулируют образование остеокластов. Тем не менее, вовлеченные посттранскрипционные клеточные процессы еще предстоит понять.
Теперь, в новом исследовании, опубликованном в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications, ученые из Токийского университета науки, Япония, раскрыли роль белка под названием Cpeb4 в этом сложном процессе. Cpeb4 является частью семейства белков «связывания цитоплазматического элемента полиаденилирования (CPEB)», которые связываются с РНК и регулируют активацию и репрессию трансляции, а также механизмы «альтернативного сплайсинга», которые продуцируют варианты белков. Доктор Тадаёши Хаята, руководивший исследованием, объясняет: «Белки CPEB участвуют в различных биологических процессах и заболеваниях, таких как аутизм, рак и дифференцировка красных кровяных телец. Однако их функции в дифференцировке остеокластов точно не известны. Поэтому мы провели серию экспериментов, чтобы охарактеризовать белок из этого семейства, Cpeb4, с использованием клеточных культур макрофагов мыши ».
В различных проведенных экспериментах с культурами клеток макрофаги мыши стимулировали с помощью RANKL для запуска дифференцировки остеокластов, и отслеживали эволюцию культуры. Во-первых, ученые обнаружили, что экспрессия гена Cpeb4 и, следовательно, количество белка Cpeb4 увеличивается во время дифференцировки остеокластов. Затем с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии они визуализировали изменения в расположении Cpeb4 в клетках. Они обнаружили, что Cpeb4 перемещается из цитоплазмы в ядра, имея при этом определенные формы (остеокласты имеют тенденцию сливаться вместе и образовывать клетки с множеством ядер). Это указывает на то, что функция Cpeb4, связанная с дифференцировкой остеокластов, вероятно, осуществляется внутри ядер.
Чтобы понять, как стимуляция RANKL вызывает эту релокализацию Cpeb4, ученые избирательно «подавляли» или репрессировали некоторые белки, которые участвуют «ниже по течению» во внутриклеточных сигнальных путях, запускаемых стимуляцией. Они определили два пути, необходимых для этого процесса. Тем не менее, потребуются дальнейшие эксперименты, чтобы полностью узнать о последовательности происходящих событий и всех задействованных белках.
Наконец, доктор Хаята и его команда продемонстрировали, что Cpeb4 абсолютно необходим для образования остеокластов с использованием культур макрофагов, в которых Cpeb4 активно истощался. Клетки в этих культурах не подвергались дальнейшей дифференцировке, чтобы стать остеокластами.
Взятые вместе, результаты являются ступенькой к пониманию клеточных механизмов, участвующих в образовании остеокластов. Д-р Хаята отмечает: «Наше исследование проливает свет на важную роль РНК-связывающего белка Cpeb4 как положительного« фактора влияния »на дифференцировку остеокластов. Это дает нам лучшее понимание патологических состояний при заболеваниях костей и суставов и может способствовать разработке терапевтических стратегий для основных заболеваний, таких как остеопороз и ревматоидный артрит ». Будем надеяться, что более глубокое понимание образования остеокластов, которому способствовало это исследование, в конечном итоге приведет к улучшению качества жизни людей, живущих с болезненными заболеваниями костей и суставов.
О Токийском научном университете
Токийский университет науки (TUS) - это известный и уважаемый университет, а также крупнейший специализированный частный исследовательский университет в Японии с четырьмя кампусами в центре Токио и его пригородов, а также на Хоккайдо. Основанный в 1881 году, университет постоянно вносил свой вклад в развитие науки в Японии, прививая любовь к науке исследователям, техническим специалистам и преподавателям.
С миссией «Создание науки и технологий для гармоничного развития природы, человека и общества» TUS провел широкий спектр исследований, от фундаментальных до прикладных. TUS применяет междисциплинарный подход к исследованиям и проводит интенсивные исследования в некоторых из наиболее важных сегодня областей. TUS - это меритократия, в которой признаются и лелеются лучшие в науке. Это единственный частный университет в Японии, который выпустил лауреата Нобелевской премии, и единственный частный университет в Азии, который выпустил лауреатов Нобелевской премии в области естественных наук.
О доценте Тадаёси Хаята из Токийского университета науки
С 2018 года д-р Тадаёши Хаята является адъюнкт-профессором и главным исследователем кафедры молекулярной фармакологии факультета фармацевтических наук Токийского университета науки. Его лаборатория специализируется на костном метаболизме, клеточной дифференциации, молекулярной фармакологии и аналогичных областях, чтобы понять природу заболеваний костей и суставов и найти терапевтические цели. Доктор Хаята является членом нескольких японских обществ и Американского общества исследований костей и минералов. Он опубликовал более 50 оригинальных статей и сделал более 150 презентаций на научных конференциях. Кроме того, его исследование остеопороза несколько раз публиковалось в японских газетах.
Информация о финансировании
Это исследование было поддержано JSPS KAKENHI [номер гранта 18K09053]; Нанкен-Киотен, TMDU (2019); Фонд Накатоми; Поддержка исследований Астеллас; Академический вклад Pfizer; Академический вклад Дайити-Санкё; Академический вклад Тейджин Фарма; Эли Лилли Япония Академический вклад; Академический вклад компании Otsuka Pharmaceutical; Академический вклад Shionogi; Академический вклад Chugai Pharmaceutical.
