Boli cronice ale oaselor și articulațiilor: oamenii de știință explică

Oamenii de știință explică rolul unei anumite proteine ​​în generarea de celule esențiale pentru întreținerea oaselor

Bolile cronice ale oaselor și articulațiilor, cum ar fi osteoporoza și artrita reumatoidă, afectează milioane de oameni din întreaga lume, în special persoanele în vârstă, degradându-le calitatea vieții. Un factor important în ambele boli este activitatea excesivă a celulelor care dizolvă oasele numite osteoclaste. Osteoclastele se formează prin diferențierea de la un anumit tip de celulă imunitară numită macrofage, după care își dobândesc noul rol în întreținerea oaselor și a articulațiilor: descompunerea țesutului osos pentru a permite osteoblastelor – un alt tip de celulă – să repare și să remodeleze sistemul osos. .

În linii mari, două procese intracelulare sunt implicate în această diferențiere: în primul rând, transcripția – în care se creează un ARN mesager (ARNm) din informația genetică din ADN – și apoi, traducerea – în care informația din ARNm este decodificată pentru a produce proteine ​​care îndeplinesc funcții specifice în celulă. De la descoperirea rolului unei anumite proteine ​​numite RANKL în formarea osteoclastelor, oamenii de știință au rezolvat o parte considerabilă a puzzle-ului în care căile de semnalizare celulară și rețelele de transcripție reglează generarea de osteoclaste. Cu toate acestea, procesele celulare post-transcripție implicate rămân de înțeles.

Acum, într-un nou studiu publicat în Biochemical and Biophysical Research Communications, oamenii de știință de la Universitatea de Știință din Tokyo, Japonia, au dezvăluit rolul unei proteine ​​numite Cpeb4 în acest proces complex. Cpeb4 face parte din familia de proteine ​​„de legare a elementului de poliadenilare citoplasmatică (CPEB)”, care se leagă de ARN și reglează activarea și reprimarea translațională, precum și mecanismele de „splicing alternativă” care produc variante de proteine. Dr. Tadayoshi Hayata, care a condus studiul, explică: „Proteinele CPEB sunt implicate în diferite procese și boli biologice, cum ar fi autismul, cancerul și diferențierea globulelor roșii. Cu toate acestea, funcțiile lor în diferențierea osteoclastelor nu sunt cunoscute clar. Prin urmare, am efectuat o serie de experimente pentru a caracteriza o proteină din această familie, Cpeb4, folosind culturi celulare de macrofage de șoarece.”

În diferitele experimente de cultură celulară efectuate, macrofagele de șoarece au fost stimulate cu RANKL pentru a declanșa diferențierea osteoclastelor și a fost monitorizată evoluția culturii. În primul rând, oamenii de știință au descoperit că expresia genei Cpeb4 și, în consecință, cantitatea de proteină Cpeb4, a crescut în timpul diferențierii osteoclastelor. Apoi, prin microscopie cu imunofluorescență, ei au vizualizat modificările locației Cpeb4 în interiorul celulelor. Ei au descoperit că Cpeb4 se mișcă din citoplasmă în nuclei, prezentând în același timp forme specifice (osteoclastele tind să fuzioneze și să formeze celule cu nuclei multipli). Acest lucru indică faptul că funcția Cpeb4 asociată cu diferențierea osteoclastelor este probabil realizată în interiorul nucleelor.

Pentru a înțelege modul în care stimularea RANKL provoacă această relocalizare Cpeb4, oamenii de știință au „inhibat” sau reprimă selectiv unele dintre proteinele care sunt implicate „în aval” în căile de semnalizare intracelulare declanșate de stimulare. Ei au identificat două căi ca fiind necesare pentru proces. Cu toate acestea, vor fi necesare experimente suplimentare pentru a afla pe deplin despre secvența evenimentelor care au loc și toate proteinele implicate.

În cele din urmă, dr. Hayata și echipa sa au demonstrat că Cpeb4 este absolut necesar pentru formarea osteoclastelor folosind culturi de macrofage în care Cpeb4 a fost epuizat în mod activ. Celulele din aceste culturi nu au suferit o diferențiere suplimentară pentru a deveni osteoclaste.

Luate împreună, rezultatele sunt o piatră de temelie pentru înțelegerea mecanismelor celulare implicate în formarea osteoclastelor. Dr. Hayata remarcă: „Studiul nostru pune în lumină rolul important al proteinei de legare a ARN-ului Cpeb4 ca „influențător” pozitiv al diferențierii osteoclastelor. Acest lucru ne oferă o mai bună înțelegere a stărilor patologice ale bolilor osoase și articulare și poate contribui la dezvoltarea de strategii terapeutice pentru boli majore precum osteoporoza și artrita reumatoidă.” Sperăm că nivelul mai profund de înțelegere a generării de osteoclaste facilitat de acest studiu se va traduce în cele din urmă prin îmbunătățirea calității vieții pentru persoanele care trăiesc cu boli dureroase ale oaselor și articulațiilor.

Despre Universitatea de Științe din Tokyo
Tokyo University of Science (TUS) este o universitate bine-cunoscută și respectată și cea mai mare universitate de cercetare privată specializată în științe din Japonia, cu patru campusuri în centrul Tokyo și suburbiile sale și în Hokkaido. Înființată în 1881, universitatea a contribuit continuu la dezvoltarea științei Japoniei prin inculcarea dragostei pentru știință în cercetători, tehnicieni și educatori.
Cu misiunea „Crearea științei și tehnologiei pentru dezvoltarea armonioasă a naturii, a ființelor umane și a societății”, TUS a întreprins o gamă largă de cercetări de la știința de bază la cea aplicată. TUS a adoptat o abordare multidisciplinară a cercetării și a întreprins studii intensive în unele dintre cele mai vitale domenii actuale. TUS este o meritocrație în care este recunoscut și hrănit cel mai bun din știință. Este singura universitate privată din Japonia care a produs un câștigător al Premiului Nobel și singura universitate privată din Asia care a produs câștigători ai Premiului Nobel în domeniul științelor naturale.

Despre profesorul asociat Tadayoshi Hayata de la Universitatea de Științe din Tokyo
Din 2018, Dr. Tadayoshi Hayata este profesor asociat și cercetător principal la Departamentul de Farmacologie Moleculară, Facultatea de Științe Farmaceutice, de la Universitatea de Științe din Tokyo. Laboratorul său se concentrează pe metabolismul osos, diferențierea celulară, farmacologia moleculară și domenii similare pentru a înțelege natura bolilor osoase și articulare și pentru a găsi ținte terapeutice. Dr. Hayata este afiliat cu mai multe societăți japoneze și cu Societatea Americană pentru Cercetarea Oaselor și Mineralelor. A publicat peste 50 de articole originale și a susținut peste 150 de prezentări la conferințe academice. În plus, cercetările sale asupra osteoporozei au ajuns în ziarele japoneze de mai multe ori.

Informații de finanțare
Acest studiu a fost susținut de JSPS KAKENHI [grant number 18K09053]; Nanken-Kyoten, TMDU (2019); Fundația Nakatomi; Astellas Research Support; Contribuția academică Pfizer; Contribuția academică Daiichi-Sankyo; Contribuția academică Teijin Pharma; Eli Lilly Japonia Contribuție academică; Otsuka Pharmaceutical Academic Contribution; Contribuția academică Shionogi; Contribuția academică farmaceutică Chugai.