Zinātnieki izskaidro noteikta proteīna nozīmi šūnu veidošanā, kas ir kritiski svarīgas kaulu uzturēšanai
Hroniskas kaulu un locītavu slimības, piemēram, osteoporoze un reimatoīdais artrīts, visā pasaulē ietekmē miljoniem cilvēku, īpaši vecāka gadagājuma cilvēku, pasliktinot viņu dzīves kvalitāti. Svarīgs faktors abās šajās slimībās ir pārmērīga kaulu šķīstošo šūnu, ko sauc par osteoklastiem, aktivitāte. Osteoklasti tiek veidoti, diferencējoties no noteikta veida imūnšūnām, ko sauc par makrofāgiem, un pēc tam viņi iegūst savu jauno lomu kaulu un locītavu uzturēšanā: kaulu audu noārdīšana, lai osteoblasti - cita veida šūnas - varētu labot un pārveidot kaulu sistēmu .
Šajā diferenciācijā kopumā ir iesaistīti divi intracelulāri procesi: pirmkārt, transkripcija, kurā no DNS ģenētiskās informācijas tiek izveidota kurjera RNS (mRNS), un pēc tam tulkošana, kurā mRNS esošā informācija tiek dekodēta, lai ražotu olbaltumvielas, kas veikt īpašas funkcijas šūnā. Kopš ir atklāts konkrēta proteīna, ko sauc par RANKL, loma osteoklastu veidošanā, zinātnieki ir atrisinājuši ievērojamu mīklu daļu, kuras šūnu signālu ceļi un transkripcijas tīkli regulē osteoklastu veidošanos. Tomēr joprojām ir jāsaprot iesaistītie pēctranskripcijas šūnu procesi.
Tagad jaunajā pētījumā, kas publicēts Bioķīmisko un biofizikālo pētījumu komunikācijā, Tokijas Zinātnes universitātes (Japāna) zinātnieki šajā sarežģītajā procesā atklāja olbaltumvielas, ko sauc par Cpeb4, lomu. Cpeb4 ir daļa no “citoplazmas poliadenilācijas elementu saistīšanas (CPEB)” olbaltumvielu grupas, kas saistās ar RNS un regulē translācijas aktivāciju un represijas, kā arī “alternatīvus savienošanas” mehānismus, kas ražo olbaltumvielu variantus. Dr Tadayoshi Hayata, kurš vadīja pētījumu, paskaidro: “CPEB olbaltumvielas ir saistītas ar dažādiem bioloģiskiem procesiem un slimībām, piemēram, autismu, vēzi un sarkano asins šūnu diferenciāciju. Tomēr to funkcijas osteoklastu diferenciācijā nav skaidri zināmas. Tāpēc mēs veicām virkni eksperimentu, lai raksturotu šīs ģimenes olbaltumvielu Cpeb4, izmantojot peles makrofāgu šūnu kultūras. ”
Dažādos veiktajos šūnu kultūras eksperimentos peles makrofāgus stimulēja ar RANKL, lai izraisītu osteoklastu diferenciāciju, un tika uzraudzīta kultūras attīstība. Pirmkārt, zinātnieki atklāja, ka osteoklastu diferenciācijas laikā palielinājās Cpeb4 gēnu ekspresija un līdz ar to arī Cpeb4 olbaltumvielu daudzums. Tad, izmantojot imūnfluorescences mikroskopiju, viņi vizualizēja izmaiņas Cpeb4 atrašanās vietā šūnās. Viņi atklāja, ka Cpeb4 pārvietojas no citoplazmas uz kodoliem, vienlaikus parādot īpašas formas (osteoklasti mēdz saplūst kopā un veido šūnas ar vairākiem kodoliem). Tas norāda, ka Cpeb4 funkcija, kas saistīta ar osteoklastu diferenciāciju, visticamāk tiek veikta kodolu iekšpusē.
Lai saprastu, kā RANKL stimulēšana izraisa šo Cpeb4 pārvietošanos, zinātnieki selektīvi “inhibēja” vai nomāc dažus proteīnus, kas “pakārtoti” iesaistās stimulācijas izraisītajos intracelulārajos signālu ceļos. Viņi identificēja divus procesam nepieciešamos ceļus. Neskatoties uz to, būs nepieciešami turpmāki eksperimenti, lai pilnībā uzzinātu par notiekošo notikumu secību un visām iesaistītajām olbaltumvielām.
Visbeidzot, Dr Hayata un viņa komanda parādīja, ka Cpeb4 ir absolūti nepieciešams osteoklastu veidošanai, izmantojot makrofāgu kultūras, kurās Cpeb4 tika aktīvi iztukšots. Šajās kultūrās šūnas vairs netika diferencētas, lai kļūtu par osteoklastiem.
Kopā ņemot, rezultāti ir atspēriena punkts, lai izprastu šūnu mehānismus, kas saistīti ar osteoklastu veidošanos. Dr Hayata piezīmes: “Mūsu pētījums atklāj RNS saistošā proteīna Cpeb4 nozīmīgo lomu kā pozitīvu osteoklastu diferenciācijas“ ietekmētāju ”. Tas ļauj labāk izprast kaulu un locītavu slimību patoloģiskos apstākļus un var palīdzēt izstrādāt terapeitiskas stratēģijas tādām smagām slimībām kā osteoporoze un reimatoīdais artrīts. ” Cerams, ka dziļāks izpratnes līmenis par osteoklastu paaudzi, ko veicina šis pētījums, galu galā uzlabosies to cilvēku dzīves kvalitātē, kuri dzīvo ar sāpīgām kaulu un locītavu slimībām.
Par Tokijas Zinātnes universitāti
Tokijas Zinātnes universitāte (TUS) ir labi pazīstama un cienījama universitāte, kā arī lielākā Japānas zinātnes specializētā privātā pētniecības universitāte ar četrām pilsētiņām Tokijas centrā un tās priekšpilsētās un Hokaido. Universitāte, kas dibināta 1881. gadā, ir nepārtraukti veicinājusi Japānas attīstību zinātnes jomā, ieaudzinot pētnieku, tehniķu un pedagogu mīlestību pret zinātni.
Ar misiju “Zinātnes un tehnoloģiju radīšana dabas, cilvēku un sabiedrības harmoniskai attīstībai” TUS ir veikusi plašu pētījumu klāstu, sākot no pamata līdz lietišķajai zinātnei. TUS ir pieņēmusi daudzdisciplināru pieeju pētniecībai un veikusi intensīvu pētījumu dažās mūsdienu svarīgākajās jomās. TUS ir meritokrātija, kurā tiek atzīti un kopti zinātnes labākie. Tā ir vienīgā privātā universitāte Japānā, kas ir izstrādājusi Nobela prēmijas laureātu, un vienīgā privātā universitāte Āzijā, kas ražo Nobela prēmijas laureātus dabaszinātņu jomā.
Par asociēto profesoru Tadayoshi Hayata no Tokijas Zinātnes universitātes
Kopš 2018. gada Dr Tadayoshi Hayata ir Tokijas Zinātnes universitātes Farmācijas zinātnes fakultātes Molekulārās farmakoloģijas katedras asociētais profesors un galvenais pētnieks. Viņa laboratorija koncentrējas uz kaulu metabolismu, šūnu diferenciāciju, molekulāro farmakoloģiju un līdzīgām jomām, lai izprastu kaulu un locītavu slimību būtību un atrastu terapeitiskos mērķus. Dr Hayata ir saistīts ar vairākām Japānas biedrībām un Amerikas Kaulu un minerālu pētījumu biedrību. Viņš ir publicējis vairāk nekā 50 oriģinālrakstus un vairāk nekā 150 uzstājies akadēmiskajās konferencēs. Turklāt viņa pētījumi par osteoporozi ir vairākkārt nonākuši Japānas laikrakstos.
Finansējuma informācija
Šo pētījumu atbalstīja JSPS KAKENHI [piešķīruma numurs 18K09053]; Nankens-Kiotens, TMDU (2019); Nakatomi fonds; Astellas pētījumu atbalsts; Pfizer akadēmiskais ieguldījums; Daiiči-Sankjo akadēmiskais ieguldījums; Teijin Pharma akadēmiskais ieguldījums; Eli Lilly Japānas akadēmiskais ieguldījums; Otsuka farmaceitiskais akadēmiskais ieguldījums; Šionogi akadēmiskais ieguldījums; Chugai farmācijas akadēmiskais ieguldījums.
