В широком смысле, в этой дифференциации участвуют два внутриклеточных процесса: во-первых, транскрипция, в которой информационная РНК (мРНК) создается из генетической информации в ДНК, и затем трансляция, в которой информация в мРНК декодируется с образованием белков, которые выполнять определенные функции в клетке. С момента открытия роли определенного белка, называемого RANKL, в образовании остеокластов, ученые решили значительную часть загадки того, какие клеточные сигнальные пути и сети транскрипции регулируют образование остеокластов. Тем не менее, вовлеченные посттранскрипционные клеточные процессы еще предстоит понять.
Теперь, в новом исследовании, опубликованном в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications, ученые из Токийского университета науки, Япония, раскрыли роль белка под названием Cpeb4 в этом сложном процессе.
Cpeb4 является частью семейства белков «связывания цитоплазматического элемента полиаденилирования (CPEB)», которые связываются с РНК и регулируют активацию и репрессию трансляции, а также механизмы «альтернативного сплайсинга», которые производят варианты белков. Доктор Тадаёши Хаята, возглавлявший исследование, объясняет: «Белки CPEB участвуют в различных биологических процессах и заболеваниях, таких как аутизм, рак и дифференцировка красных кровяных телец.
Однако их функции в дифференцировке остеокластов точно не известны. Поэтому мы провели серию экспериментов, чтобы охарактеризовать белок из этого семейства, Cpeb4, с использованием клеточных культур макрофагов мыши."
В различных проведенных экспериментах с культурами клеток макрофаги мыши стимулировали с помощью RANKL для запуска дифференцировки остеокластов, и отслеживали эволюцию культуры. Во-первых, ученые обнаружили, что экспрессия гена Cpeb4 и, следовательно, количество белка Cpeb4 увеличиваются во время дифференцировки остеокластов. Затем с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии они визуализировали изменения в расположении Cpeb4 в клетках.
Они обнаружили, что Cpeb4 перемещается из цитоплазмы в ядра, имея при этом определенные формы (остеокласты имеют тенденцию сливаться вместе и образовывать клетки с несколькими ядрами). Это указывает на то, что функция Cpeb4, связанная с дифференцировкой остеокластов, вероятно, осуществляется внутри ядер.
Чтобы понять, как стимуляция RANKL вызывает эту релокализацию Cpeb4, ученые избирательно «подавляли» или репрессировали некоторые белки, которые участвуют «ниже по течению» во внутриклеточных сигнальных путях, запускаемых стимуляцией.
Они определили два пути, которые необходимы для этого процесса. Тем не менее, потребуются дальнейшие эксперименты, чтобы полностью узнать о последовательности происходящих событий и всех задействованных белках.
Наконец, доктор Хаята и его команда продемонстрировали, что Cpeb4 абсолютно необходим для образования остеокластов с использованием культур макрофагов, в которых Cpeb4 активно истощался. Клетки в этих культурах не подвергались дальнейшей дифференцировке, чтобы стать остеокластами.
Взятые вместе, результаты являются ступенькой к пониманию клеточных механизмов, участвующих в образовании остеокластов. Д-р Хаята отмечает: «Наше исследование проливает свет на важную роль РНК-связывающего белка Cpeb4 как положительного фактора, влияющего на дифференцировку остеокластов.
Это дает нам лучшее понимание патологических состояний при заболеваниях костей и суставов и может способствовать разработке терапевтических стратегий для основных заболеваний, таких как остеопороз и ревматоидный артрит."Надеемся, что более глубокое понимание образования остеокластов, которому способствовало это исследование, в конечном итоге приведет к улучшению качества жизни людей, живущих с болезненными заболеваниями костей и суставов.