Χρόνιες ασθένειες των οστών και των αρθρώσεων: Οι επιστήμονες εξηγούν

Οι επιστήμονες εξηγούν το ρόλο μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης στη δημιουργία κυττάρων που είναι κρίσιμα για τη διατήρηση των οστών

Οι χρόνιες ασθένειες των οστών και των αρθρώσεων, όπως η οστεοπόρωση και η ρευματοειδής αρθρίτιδα, πλήττουν εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως, ιδιαίτερα τους ηλικιωμένους, υποβαθμίζοντας την ποιότητα ζωής τους. Ένας σημαντικός παράγοντας και στις δύο αυτές ασθένειες είναι η υπερβολική δραστηριότητα των κυττάρων που διαλύουν τα οστά που ονομάζονται οστεοκλάστες. Οι οστεοκλάστες σχηματίζονται μέσω διαφοροποίησης από έναν συγκεκριμένο τύπο ανοσοκυττάρου που ονομάζεται μακροφάγος, μετά τον οποίο αποκτούν το νέο ρόλο τους στη διατήρηση των οστών και των αρθρώσεων: διάσπαση του οστικού ιστού για να επιτρέψουν στους οστεοβλάστες - έναν άλλο τύπο κυττάρου - να επισκευάσει και να αναδιαμορφώσει το σκελετικό σύστημα .

Σε γενικές γραμμές, δύο ενδοκυτταρικές διεργασίες εμπλέκονται σε αυτήν τη διαφοροποίηση: πρώτη, μεταγραφή - στην οποία ένα αγγελιοφόρο RNA (mRNA) δημιουργείται από τις γενετικές πληροφορίες στο DNA - και στη συνέχεια, μετάφραση - στην οποία οι πληροφορίες στο mRNA αποκωδικοποιούνται για την παραγωγή πρωτεϊνών που εκτελεί συγκεκριμένες λειτουργίες στο κελί. Από την ανακάλυψη του ρόλου μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης που ονομάζεται RANKL στον σχηματισμό οστεοκλαστών, οι επιστήμονες έχουν λύσει ένα σημαντικό μέρος του παζλ του οποίου οι οδούς σηματοδότησης κυττάρων και τα δίκτυα μεταγραφής ρυθμίζουν την παραγωγή οστεοκλαστών. Ωστόσο, οι μετεγγραφικές κυτταρικές διεργασίες που εμπλέκονται πρέπει να γίνουν κατανοητές.

Τώρα, σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Biochemical and Biophysical Research Communications, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο της Ιαπωνίας, αποκάλυψαν το ρόλο μιας πρωτεΐνης που ονομάζεται Cpeb4 σε αυτήν την περίπλοκη διαδικασία. Το Cpeb4 είναι μέρος της οικογένειας πρωτεϊνών «σύνδεσης κυτταροπλασματικού στοιχείου πολυαδενυλίωσης (CPEB)», οι οποίες συνδέονται με το RNA και ρυθμίζουν τη μεταγραφική ενεργοποίηση και καταστολή, καθώς και «εναλλακτικούς μηχανισμούς ματίσματος» που παράγουν παραλλαγές πρωτεϊνών. Ο Δρ Tadayoshi Hayata, ο οποίος ηγήθηκε της μελέτης, εξηγεί: «Οι πρωτεΐνες CPEB εμπλέκονται σε διάφορες βιολογικές διαδικασίες και ασθένειες, όπως ο αυτισμός, ο καρκίνος και η διαφοροποίηση των ερυθρών αιμοσφαιρίων. Ωστόσο, οι λειτουργίες τους στη διαφοροποίηση των οστεοκλαστών δεν είναι σαφώς γνωστές. Επομένως, πραγματοποιήσαμε μια σειρά πειραμάτων για να χαρακτηρίσουμε μια πρωτεΐνη από αυτήν την οικογένεια, το Cpeb4, χρησιμοποιώντας κυτταροκαλλιέργειες μακροφάγων ποντικού. "

Στα διάφορα πειράματα κυτταρικής καλλιέργειας που διεξήχθησαν, οι μακροφάγοι ποντικού διεγέρθηκαν με RANKL για να προκαλέσουν διαφοροποίηση οστεοκλαστών και παρακολουθήθηκε η εξέλιξη της καλλιέργειας. Πρώτον, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η έκφραση του γονιδίου Cpeb4, και κατά συνέπεια η ποσότητα της πρωτεΐνης Cpeb4, αυξήθηκε κατά τη διάρκεια της διαφοροποίησης των οστεοκλαστών. Στη συνέχεια, μέσω μικροσκοπίας ανοσοφθορισμού, απεικόνισαν τις αλλαγές στη θέση του Cpeb4 εντός των κυττάρων. Διαπίστωσαν ότι το Cpeb4 κινείται από το κυτταρόπλασμα στους πυρήνες, ενώ παρουσιάζει συγκεκριμένα σχήματα (οι οστεοκλάστες τείνουν να συντήκονται μαζί και να σχηματίζουν κύτταρα με πολλούς πυρήνες). Αυτό δείχνει ότι η λειτουργία του Cpeb4 που σχετίζεται με τη διαφοροποίηση των οστεοκλαστών είναι πιθανό να πραγματοποιείται εντός των πυρήνων.

Για να κατανοήσουν πώς η διέγερση του RANKL προκαλεί αυτήν την μετεγκατάσταση του Cpeb4, οι επιστήμονες «ανέστειλαν» επιλεκτικά ή καταστέλλουν μερικές από τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται «κατάντη» στις ενδοκυτταρικές οδούς σηματοδότησης που προκαλούνται από τη διέγερση. Προσδιόρισαν δύο διαδρομές ως απαραίτητες για τη διαδικασία. Ωστόσο, θα απαιτηθούν περαιτέρω πειράματα για να μάθουν πλήρως για την ακολουθία των γεγονότων που λαμβάνουν χώρα και για όλες τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται.

Τέλος, ο Δρ Hayata και η ομάδα του απέδειξαν ότι το Cpeb4 είναι απολύτως απαραίτητο για σχηματισμό οστεοκλαστών χρησιμοποιώντας καλλιέργειες μακροφάγων στις οποίες το Cpeb4 εξαντλήθηκε ενεργά. Τα κύτταρα σε αυτές τις καλλιέργειες δεν υποβλήθηκαν σε περαιτέρω διαφοροποίηση για να γίνουν οστεοκλάστες.

Συνολικά, τα αποτελέσματα είναι ένα βήμα για την κατανόηση των κυτταρικών μηχανισμών που εμπλέκονται στο σχηματισμό οστεοκλαστών. Ο Δρ Hayata σχολιάζει: «Η μελέτη μας ρίχνει φως στον σημαντικό ρόλο της πρωτεΐνης Cpeb4 που δεσμεύει το RNA ως θετικό« επηρεαστή »της διαφοροποίησης των οστεοκλαστών. Αυτό μας δίνει μια καλύτερη κατανόηση των παθολογικών καταστάσεων των ασθενειών των οστών και των αρθρώσεων και μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη θεραπευτικών στρατηγικών για μείζονες ασθένειες όπως η οστεοπόρωση και η ρευματοειδής αρθρίτιδα. " Ας ελπίσουμε ότι, το βαθύτερο επίπεδο κατανόησης της γενιάς οστεοκλαστών που διευκολύνεται από αυτήν τη μελέτη θα μεταφράσει τελικά σε βελτιωμένη ποιότητα ζωής για άτομα που ζουν με οδυνηρές ασθένειες των οστών και των αρθρώσεων.

Σχετικά με το Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο
Το Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο (TUS) είναι ένα πασίγνωστο και σεβαστό πανεπιστήμιο, και το μεγαλύτερο ιδιωτικό ερευνητικό πανεπιστήμιο στην Ιαπωνία, με τέσσερις πανεπιστημιουπόλεις στο κεντρικό Τόκιο και τα προάστια του και στο Χοκάιντο. Ιδρύθηκε το 1881, το πανεπιστήμιο συνέβαλε συνεχώς στην ανάπτυξη της Ιαπωνίας στην επιστήμη μέσω της ενθάρρυνσης της αγάπης για την επιστήμη σε ερευνητές, τεχνικούς και εκπαιδευτικούς.
Με αποστολή «Δημιουργία επιστήμης και τεχνολογίας για την αρμονική ανάπτυξη της φύσης, των ανθρώπων και της κοινωνίας», η TUS έχει πραγματοποιήσει ένα ευρύ φάσμα ερευνών από τη βασική έως την εφαρμοσμένη επιστήμη. Η TUS έχει υιοθετήσει μια διεπιστημονική προσέγγιση στην έρευνα και έχει αναλάβει εντατική μελέτη σε μερικούς από τους πιο ζωτικούς τομείς του σήμερα. Το TUS είναι μια αξιοκρατία όπου αναγνωρίζεται και καλλιεργείται το καλύτερο στην επιστήμη. Είναι το μοναδικό ιδιωτικό πανεπιστήμιο στην Ιαπωνία που έχει παραγάγει έναν νικητή βραβείου Νόμπελ και το μοναδικό ιδιωτικό πανεπιστήμιο στην Ασία που παρήγαγε νικητές βραβείων Νόμπελ στον τομέα των φυσικών επιστημών.

Σχετικά με τον Αναπληρωτή Καθηγητή Tadayoshi Hayata από το Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο
Από το 2018, ο Δρ Tadayoshi Hayata είναι Αναπληρωτής Καθηγητής και Κύριος Ερευνητής στο Τμήμα Μοριακής Φαρμακολογίας, Σχολή Φαρμακευτικών Επιστημών, στο Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο. Το εργαστήριό του επικεντρώνεται στον μεταβολισμό των οστών, στην κυτταρική διαφοροποίηση, στη μοριακή φαρμακολογία και σε παρόμοια πεδία για να κατανοήσει τη φύση των ασθενειών των οστών και των αρθρώσεων και να βρει θεραπευτικούς στόχους. Ο Δρ Hayata συνδέεται με διάφορες Ιαπωνικές Εταιρείες και την Αμερικανική Εταιρεία Οστών και Ορυκτών. Έχει δημοσιεύσει πάνω από 50 πρωτότυπα άρθρα και έχει δώσει πάνω από 150 παρουσιάσεις σε ακαδημαϊκά συνέδρια. Επιπλέον, η έρευνά του για την οστεοπόρωση το έχει κάνει αρκετές φορές σε ιαπωνικές εφημερίδες.

Πληροφορίες χρηματοδότησης
Αυτή η μελέτη υποστηρίχθηκε από την JSPS KAKENHI [αριθμός επιχορήγησης 18K09053]. Nanken-Kyoten, TMDU (2019); το Ίδρυμα Nakatomi · Υποστήριξη της Astellas Research; Ακαδημαϊκή συνεισφορά της Pfizer; Ακαδημαϊκή συνεισφορά Daiichi-Sankyo; Ακαδημαϊκή συνεισφορά Teijin Pharma; Ακαδημαϊκή συνεισφορά Eli Lilly Japan; Otsuka Pharmaceutical Academic Contribution; Ακαδημαϊκή συνεισφορά Shionogi; Φαρμακευτική ακαδημαϊκή συμβολή Chugai.