دانشمندان نقش یک پروتئین خاص را در تولید سلولهای حیاتی برای نگهداری استخوان توضیح می دهند
بیماری های مزمن استخوان و مفاصل ، مانند پوکی استخوان و آرتریت روماتوئید ، میلیون ها نفر در سراسر جهان ، به ویژه افراد مسن را تحت تأثیر قرار می دهد و کیفیت زندگی آنها را پایین می آورد. یک عامل مهم در هر دو این بیماری فعالیت بیش از حد سلولهای حل کننده استخوان به نام استئوکلاست است. استئوكلاستها از طریق تمایز از نوع خاصی از سلولهای ایمنی به نام ماكروفاژ ایجاد می شوند و پس از آن نقش جدید خود را در نگهداری استخوانها و مفاصل بدست می آورند: تجزیه بافت استخوانی به استئوبلاستها - نوع دیگری از سلول - برای ترمیم و بازسازی سیستم اسكلتی .
به طور کلی ، دو فرایند درون سلولی در این تمایز دخیل هستند: اول ، رونویسی - که در آن RNA پیام رسان (mRNA) از اطلاعات ژنتیکی موجود در DNA ایجاد می شود - و سپس ، ترجمه - که در آن اطلاعات موجود در mRNA رمزگشایی می شوند تا پروتئین هایی تولید کنند که توابع خاصی را در سلول انجام دهید. از زمان کشف نقش پروتئین خاصی به نام RANKL در تشکیل استئوکلاست ، دانشمندان بخش قابل توجهی از معمای مسیرهای سیگنالینگ سلولی و شبکه های رونویسی را تنظیم کرده اند که تولید استئوکلاست ها را تنظیم می کند. با این حال ، فرآیندهای سلولی پس از رونویسی همچنان باید درک شود.
اکنون ، در یک مطالعه جدید منتشر شده در ارتباطات تحقیقات بیوشیمیایی و بیوفیزیکی ، دانشمندان دانشگاه علوم توکیو ، ژاپن ، نقش پروتئینی به نام Cpeb4 را در این فرآیند پیچیده کشف کردند. Cpeb4 بخشی از خانواده پروتئین های اتصال دهنده عنصر پلی آدنیلاسیون سیتوپلاسمی (CPEB) است که به RNA متصل می شوند و فعال سازی ترجمه و سرکوب را تنظیم می کنند ، همچنین مکانیزم های "اتصال متناوب" هستند که انواع پروتئین تولید می کنند. دکتر Tadayoshi Hayata ، رهبر این مطالعه ، توضیح می دهد: ”پروتئین های CPEB در فرآیندهای مختلف بیولوژیکی و بیماری ها مانند اوتیسم ، سرطان و تمایز سلول های قرمز خون نقش دارند. با این حال ، عملکرد آنها در تمایز استئوکلاست به وضوح مشخص نیست. بنابراین ، ما یک سری آزمایشات برای توصیف پروتئین از این خانواده ، Cpeb4 ، با استفاده از کشت سلولی ماکروفاژهای موش انجام دادیم. "
در آزمایش های مختلف کشت سلولی انجام شده ، ماکروفاژهای موش با RANKL تحریک شده و باعث ایجاد تمایز استئوکلاست شده و تکامل فرهنگ مورد بررسی قرار گرفت. ابتدا دانشمندان دریافتند که بیان ژن Cpeb4 و در نتیجه میزان پروتئین Cpeb4 در هنگام تمایز استئوکلاست افزایش می یابد. سپس ، از طریق میکروسکوپ ایمونوفلورسانس ، تغییرات محل Cpeb4 را در داخل سلول ها مشاهده کردند. آنها دریافتند که Cpeb4 از سیتوپلاسم به هسته منتقل می شود ، در حالی که اشکال خاصی را ارائه می دهد (استئوکلاست ها تمایل دارند با هم جوش بخورند و سلولهایی با چندین هسته تشکیل دهند). این نشان می دهد که عملکرد Cpeb4 همراه با تمایز استئوکلاست به احتمال زیاد در داخل هسته ها انجام می شود.
دانشمندان برای درک چگونگی تحریک RANKL باعث این جابجایی مجدد Cpeb4 می شوند ، به طور انتخابی برخی از پروتئین هایی را که در "پایین دست" مسیرهای سیگنالینگ داخل سلول درگیر می شوند "مهار" یا سرکوب می کنند. آنها دو مسیر را برای فرآیند ضروری شناسایی کردند. با این وجود ، برای آگاهی کامل از توالی رویدادهایی که اتفاق می افتد و تمام پروتئین های درگیر ، آزمایشات بیشتری لازم خواهد بود.
سرانجام ، دکتر هایاتا و تیم وی نشان دادند که Cpeb4 برای تشکیل استئوکلاست با استفاده از کشت های ماکروفاژ که Cpeb4 به طور فعال تخلیه می شود ، کاملاً ضروری است. سلولهای این فرهنگها تمایز بیشتری برای تبدیل شدن به استئوکلاستها ندارند.
روی هم رفته ، نتایج یک سنگ قدم برای درک مکانیسم های سلولی دخیل در تشکیل استئوکلاست است. دکتر هایاتا اظهار داشت: "مطالعه ما نقش مهمی از پروتئین Cpeb4 متصل به RNA به عنوان" تأثیرگذار "مثبت تمایز استئوکلاست ها را روشن می کند. این به ما درک بهتری از شرایط پاتولوژیک بیماری های استخوان و مفاصل می دهد و ممکن است به توسعه استراتژی های درمانی برای بیماری های عمده مانند پوکی استخوان و آرتریت روماتوئید کمک کند. " امیدوارم ، درک عمیق تری از نسل استئوکلاست که با این مطالعه تسهیل می شود ، در نهایت به بهبود کیفیت زندگی برای افرادی که با بیماری های دردناک استخوان و مفصل زندگی می کنند ، تبدیل شود.
درباره دانشگاه علوم توکیو
دانشگاه علوم توکیو (TUS) دانشگاهی شناخته شده و مورد احترام و بزرگترین دانشگاه تحقیقاتی خصوصی علمی تخصصی در ژاپن است که دارای چهار محوطه دانشگاهی در مرکز توکیو و حومه آن و هوکایدو است. این دانشگاه که در سال 1881 تاسیس شده است ، از طریق تحریک عشق به علم در محققان ، تکنسین ها و مربیان ، به طور مداوم به توسعه ژاپن در علوم کمک می کند.
TUS با مأموریت "ایجاد علم و فناوری برای توسعه هماهنگ طبیعت ، انسانها و جامعه" ، تحقیقات گسترده ای را از علوم پایه تا علمی کاربردی انجام داده است. TUS از یک رویکرد چند رشته ای برای تحقیق استقبال کرده و مطالعات فشرده ای را در برخی از حیاتی ترین زمینه های امروزی انجام داده است. TUS شایسته سالاری است که در آن بهترین های علم شناخته شده و پرورش می یابد. این تنها دانشگاه خصوصی در ژاپن است که برنده جایزه نوبل و تنها دانشگاه خصوصی در آسیا برای تولید برندگان جایزه نوبل در زمینه علوم طبیعی تولید کرده است.
درباره دانشیار Tadayoshi Hayata از دانشگاه علوم توکیو
از سال 2018 ، دکتر تادایوشی حیاتا دانشیار و محقق اصلی در گروه داروسازی مولکولی ، دانشکده علوم دارویی ، در دانشگاه علوم توکیو است. آزمایشگاه وی بر روی متابولیسم استخوان ، تمایز سلولی ، داروسازی مولکولی و زمینه های مشابه برای درک ماهیت بیماری های استخوان و مفصل و یافتن اهداف درمانی متمرکز است. دکتر هایاتا به چندین انجمن ژاپنی و انجمن تحقیقات استخوان و مواد معدنی آمریکا وابسته است. وی بیش از 50 مقاله اصلی منتشر کرده و بیش از 150 مقاله در کنفرانس های دانشگاهی ارائه داده است. علاوه بر این ، تحقیقات وی در مورد پوکی استخوان چندین بار به روزنامه های ژاپن رسیده است.
اطلاعات بودجه
این مطالعه توسط JSPS KAKENHI [شماره اعانه 18K09053] پشتیبانی شد. Nanken-Kyoten، TMDU (2019)؛ بنیاد ناکاتومی ؛ پشتیبانی تحقیقات Astellas؛ مشارکت علمی Pfizer؛ مشارکت علمی Daiichi-Sankyo؛ مشارکت علمی Teijin Pharma؛ همکاری علمی الی لیلی ژاپن ؛ سهم دانشگاهی دارویی اوتسوکا ؛ مشارکت علمی Shionogi؛ مشارکت علمی دارویی Chugai.
