Анализ экспрессии генов раскрывает молекулярную суть ремоделирования костей
Кости — это живая ткань, на которой построен человеческий скелет, и играют ключевую роль в обеспечении физических движений. Структурная целостность костей объясняется ремоделированием костей — строго регулируемым процессом формирования и резорбции костей (растворения старых и поврежденных костей), управляемым костными клетками остеобластами и остеокластами соответственно.
Нарушение процесса ремоделирования костей может привести к хрупкости костей и в конечном итоге к пагубным состояниям здоровья, таким как остеопороз и переломы суставов. Поэтому исследования механизмов ремоделирования костей привлекли внимание ученых со всего мира.
Хотя в нескольких научных отчетах были раскрыты различные регуляторные механизмы дифференциации остеокластов и остеобластов, мало что известно об общих факторах, которые влияют на развитие как остеокластов, так и остеобластов.
Для выявления новых факторов ремоделирования костей и связанных с ними механизмов, участвующих в дифференцировке остеокластов и остеобластов, группа исследователей под руководством профессора Томоки Накашимы с факультета стоматологии Института науки Токио (Science Tokyo), Япония, провела серию передовых генетических экспериментов на мышах и выращенных в лаборатории клетках. Результаты их исследований были опубликованы в журнале Nature Communications 2 января 2025 года.
Делясь ключевыми выводами из своего исследования, Накашима объясняет: «Изначально мы провели углубленный анализ паттернов экспрессии генов в клетках, полученных от мышей со специфическими изменениями в последовательности ДНК. Профиль экспрессии генов в этих клетках, в которых отсутствуют ключевые факторы транскрипции, представляющие собой регуляторные белки , контролирующие транскрипцию генетической информации, показал, что ген семейства с последовательностью, схожей с 102 членом A (Fam102a), играет центральную роль в регуляции дифференцировки как остеокластов, так и остеобластов».
После открытия Fam102a в регуляции дифференциации как остеокластов , так и остеобластов, исследователи переключили свое внимание на выявление базовых молекулярных взаимодействий, которые управляют процессом ремоделирования кости. Они обнаружили, что белок Fam102a усиливает дифференциацию остеобластов, регулируя экспрессию белка Osterix через локализацию фактора транскрипции 2, связанного с runt (Runx2).
Кроме того, Накашима и его коллеги провели ряд генетических экспериментов на мышах с дефицитом Fam102a, чтобы выявить важность Fam102a в ремоделировании костей. Они заметили, что Fam102a способствовал дифференциации как остеокластов, так и остеобластов, а удаление Fam102a привело к состоянию, похожему на остеопороз, у мышей, характеризующемуся низким объемом костной ткани.
В последующих экспериментах ученые использовали коиммунопреципитационный анализ, биохимический метод для идентификации белок-белковых взаимодействий . Анализ выявил значительное связывающее взаимодействие между Fam102a и субъединицей кариоферина альфа 2 (Kpna2) — белком, который транспортирует молекулы через ядерную мембрану. Это открытие показало, что Fam102a зависит от Kpna2 для регуляции активности Runx2 во время дифференциации остеобластов.
Дополнительный анализ экспрессии генов остеобластов, лишенных Fam102a, показал, что белок, связывающий сигнал рекомбинации с иммуноглобулиновым κ J-регионом (Rbpjl), является наиболее подавленным фактором транскрипции, и подтвердил роль оси Fam102a-Rbpjl в дифференцировке остеобластов .
Подводя итог, можно сказать, что это исследование проливает свет на механизмы, вовлеченные в метаболизм костей, и расширяет наше понимание ремоделирования костей. Накашима подводит итог, подчеркивая потенциальные приложения настоящего исследования: «Наше исследование проливает свет на критические молекулярные взаимодействия, вовлеченные в процесс ремоделирования костей, и может помочь в разработке инновационных методов лечения остеопороза».