Znanstveniki pojasnjujejo vlogo določenih beljakovin pri nastajanju celic, ki so ključne za vzdrževanje kosti
Kronične bolezni kosti in sklepov, kot sta osteoporoza in revmatoidni artritis, prizadenejo milijone ljudi po vsem svetu, zlasti starejše, kar poslabša njihovo kakovost življenja. Pomemben dejavnik pri obeh teh boleznih je prekomerna aktivnost celic, ki raztapljajo kosti, imenovane osteoklasti. Osteoklasti nastanejo z diferenciacijo iz določene vrste imunskih celic, imenovanih makrofagi, nato pa pridobijo svojo novo vlogo pri vzdrževanju kosti in sklepov: razgrajujejo kostno tkivo, da osteoblastom - drugi vrsti celic - omogočijo popravilo in preoblikovanje skeletnega sistema .
Na splošno sta pri tej diferenciaciji vključena dva znotrajcelična procesa: najprej transkripcija - pri kateri iz genetskih informacij v DNK nastane messenger RNA (mRNA) - in nato prevod - v kateri se informacije v mRNA dekodirajo za proizvodnjo beljakovin, ki opravljajo posebne funkcije v celici. Odkar so odkrili vlogo določenega proteina, imenovanega RANKL, pri nastajanju osteoklastov, so znanstveniki rešili precejšen del uganke, katere celične signalne poti in transkripcijska omrežja uravnavajo nastanek osteoklastov. Kljub temu pa je treba razumeti vključene celične procese po transkripciji.
Zdaj so v novi študiji, objavljeni v Biochemical and Biophysical Research Communications, znanstveniki s Tokijske univerze za znanost na Japonskem odkrili vlogo proteina, imenovanega Cpeb4, v tem kompleksnem procesu. Cpeb4 je del družine beljakovin "vezave na elemente citoplazemske poliadenilacije (CPEB)", ki se vežejo na RNA in uravnavajo translacijsko aktivacijo in represijo, pa tudi "alternativne mehanizme spajanja", ki proizvajajo proteinske variante. Dr Tadayoshi Hayata, ki je vodil študijo, pojasnjuje: "Proteini CPEB so vpleteni v različne biološke procese in bolezni, kot so avtizem, rak in diferenciacija rdečih krvnih celic. Vendar njihove funkcije pri diferenciaciji osteoklastov niso jasno znane. Zato smo izvedli vrsto poskusov za karakterizacijo proteina iz te družine, Cpeb4, z uporabo celičnih kultur mišjih makrofagov. "
V različnih izvedenih poskusih celične kulture smo mišične makrofage stimulirali z RANKL, da smo sprožili diferenciacijo osteoklastov in spremljali razvoj kulture. Najprej so znanstveniki ugotovili, da se je med diferenciacijo osteoklastov povečala ekspresija gena Cpeb4 in posledično količina proteina Cpeb4. Nato so z imunofluorescenčno mikroskopijo vizualizirali spremembe lokacije Cpeb4 v celicah. Ugotovili so, da se Cpeb4 premika iz citoplazme v jedra, pri tem pa predstavlja posebne oblike (osteoklasti se običajno združijo in tvorijo celice z več jedri). To kaže, da se funkcija Cpeb4, povezana z diferenciacijo osteoklastov, verjetno izvaja znotraj jeder.
Da bi razumeli, kako stimulacija RANKL povzroči to preselitev Cpeb4, so znanstveniki selektivno "zavirali" ali potlačili nekatere beljakovine, ki se vključijo "navzdol" v znotrajcelične signalne poti, ki jih sproži stimulacija. Opredelili sta dve poti, ki sta potrebni za proces. Kljub temu bodo potrebni dodatni poskusi, da se v celoti spozna zaporedje dogodkov, ki se zgodijo, in vse vključene beljakovine.
Nazadnje sta dr. Hayata in njegova ekipa dokazali, da je Cpeb4 nujno potreben za nastanek osteoklastov z uporabo kultur makrofagov, v katerih je bil Cpeb4 aktivno izčrpan. Celice v teh kulturah niso bile podvržene nadaljnji diferenciaciji, da bi postale osteoklasti.
Skupaj so rezultati odskočna deska za razumevanje celičnih mehanizmov, ki sodelujejo pri tvorbi osteoklastov. Dr Hayata pripomni: "Naša študija osvetljuje pomembno vlogo proteina Cpeb4, ki veže RNA, kot pozitivnega" vpliva "na diferenciacijo osteoklastov. To nam omogoča boljše razumevanje patoloških stanj bolezni kosti in sklepov ter lahko prispeva k razvoju terapevtskih strategij za glavne bolezni, kot sta osteoporoza in revmatoidni artritis. " Upajmo, da bo globlja raven razumevanja nastajanja osteoklastov, ki jo je olajšala ta študija, na koncu pomenila izboljšano kakovost življenja ljudi, ki živijo z bolečimi boleznimi kosti in sklepov.
O tokijski univerzi za znanost
Tokio University of Science (TUS) je znana in spoštovana univerza in največja znanstveno specializirana zasebna raziskovalna univerza na Japonskem s štirimi kampusi v osrednjem Tokiu in njegovih predmestjih ter na Hokaidu. Univerza, ustanovljena leta 1881, je nenehno prispevala k razvoju Japonske v znanosti z vzgajanjem ljubezni do znanosti pri raziskovalcih, tehnikah in pedagogih.
Z misijo "Ustvarjanje znanosti in tehnologije za skladen razvoj narave, ljudi in družbe" je TUS opravil široko paleto raziskav od osnovne do uporabne znanosti. TUS je sprejel multidisciplinarni pristop k raziskovanju in intenzivno študiral na nekaterih najpomembnejših področjih danes. TUS je meritokracija, v kateri se priznava in neguje najboljše v znanosti. Je edina zasebna univerza na Japonskem, ki je pripravila dobitnika Nobelove nagrade, in edina zasebna univerza v Aziji, ki je dobitnike Nobelove nagrade podelila na področju naravoslovja.
O izrednem profesorju Tadayoshiju Hayati s Tokijske univerze za znanost
Dr Tadayoshi Hayata je od leta 2018 izredni profesor in glavni raziskovalec na Oddelku za molekularno farmakologijo Fakultete za farmacevtsko znanost na Tokijski univerzi za znanost. Njegov laboratorij se osredotoča na presnovo kosti, celično diferenciacijo, molekularno farmakologijo in podobna področja, da bi razumel naravo bolezni kosti in sklepov ter poiskal terapevtske tarče. Dr Hayata je povezan z več japonskimi društvi in Ameriškim društvom za raziskave kosti in mineralov. Objavil je več kot 50 izvirnih člankov in več kot 150 predstavitev na akademskih konferencah. Poleg tega so njegove raziskave o osteoporozi večkrat prišle v japonske časopise.
Podatki o financiranju
To študijo je podprl JSPS KAKENHI [štipendija 18K09053]; Nanken-Kyoten, TMDU (2019); fundacija Nakatomi; Raziskovalna podpora Astellas; Pfizerjev akademski prispevek; Akademski prispevek Daiichi-Sankyo; Akademski prispevek Teijin Pharma; Eli Lilly Japonski akademski prispevek; Akademski prispevek farmacevtske družbe Otsuka; Akademski prispevek Shionogi; Akademski prispevek Chugai Pharmaceutical.
