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骨芽細胞の増殖,分化と石灰化におけるNa, K-ATPaseの役割

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タイトル: 骨芽細胞の増殖,分化と石灰化におけるNa, K-ATPaseの役割
その他のタイトル: The role of Na,K-ATPase in proliferation, differentiation and mineralization of osteoblasts
著者: 山田, 淳一 著作を一覧する
キーワード: 骨芽細胞
発行日: 2014年 3月25日
抄録: 骨芽細胞による石灰化局所へのCa2+の供給におけるイオントランスポーターの関与が知られているが,Na,K-ATPaseの機能については解明されていない.本研究では,Na,K-ATPaseの骨芽細胞の増殖,分化および石灰化における役割を明らかにすることを目的として行った.細胞はMC3T3-E1 (E1)細胞を用い,Na,K-ATPase活性の経時的変化を検討した.次にNa,K-ATPaseの特異的阻害薬であるouabainを作用させ,細胞増殖能,アルカリフォスファターゼ(ALP)活性および石灰化におよぼす影響ついて検討した.さらに,ouabainあるいはsiRNAを用いてNa,K-ATPaseを阻害して,BMP-2による石灰化ならびにマーカー遺伝子mRNAの発現,Smad1/5/8,MAPKのリン酸化の変化を検討した.E1細胞のNa,K-ATPase活性は,confluence以前に最も高く,その後減少し,confluence後18日目に一過性に増加した.一方,confluence以前にouabainを作用させると細胞増殖は抑制された.また,confluence後18日前後にouabainを作用させると,ALP活性ならびに石灰化は抑制された.同様に,Na,K-ATPaseを阻害するとBMP-2による石灰化ならびにマーカー遺伝子mRNA発現誘導は抑制された.ouabainを作用させてもBMP-2によるSmad1/5/8のSer463ならびにSer465残基のリン酸化の誘導にはほとんど変化がみられなかった.一方,ouabainによりSmad 1のSer206残基のリン酸化が誘導され,ERKならびにp38のリン酸化も誘導されたが,JNKのリン酸化は抑制された.以上の結果から,骨芽細胞において,Na,K-ATPaseは細胞増殖とともに,MAPKを介して石灰化の制御にも関与していることが示唆された.
Ion transporters such as plasma membrane Ca2+-ATPase (PMCA) and Na+/Ca2+ exchanger(NCX) are involved in delivery of Ca2+ into mineralizing osteoid by osteoblast. However, little is known of function of Na,K-ATPase in osteoblasts. This study was designed to elucidate the role of Na,K-ATPase in osteoblast proliferation, differentiation and mineralization. We investigated Na, K-ATPase activity in developing osteoblastic MC3T3-E1 (E1) cells. Cell proliferation, alkaline phosphatase (ALP) activity and deposition of mineral were assessed under the presence of Na,K-ATPase specific inhibitor, ouabain. Effects of Na,K-ATPase inhibition on BMP-2-induced mineralization, expression of osteoblast phenotype marker gene and phosphorylation of Smad1/5/8 and MAPK in E1 cells were examined using ouabain and small interfering RNA. Na,K-ATPase activity was highest before confluence, tapered off quickly and then transiently increased at 18days after confluence. When treated with ouabain around 18 days after confluence, mineralization fell reflecting lower ALP activity in E1 cells. Likewise, inhibition of Na,K-ATPase reduced mineral deposition, and mRNA expression of Runx2, ALP and osteocalcin. Pretreatment with ouabain was only weakly effective on BMP-2-induced Smad1/5/8 phosphorylation at Ser463 and Ser465 in the C-terminal region. On the contrary, ouabain induced the phosphorylation at Ser206 in the linker region on Smad1. Additionally, ouabain increased phosphorylation of ERK and p38 in response to BMP-2, whereas JNK phosphorylation was suppressed. The results of this study suggest Na,K-ATPase could regulate mineralization via MAPK as well as cell proliferation in osteoblasts.
学位授与機関: Hokkaido University(北海道大学)
学位の報告番号: 甲第11252号
取得学位の種別: 博士
取得学位の分野: 歯学
取得学位の審査委員: (主査) 教授 八若 保孝, 教授 鈴木 邦明, 教授 網塚 憲生
学位審査の研究科等: 歯学研究科(口腔医学専攻)
資料タイプ: theses (doctoral)
出現コレクション:歯学院(Graduate School of Dental Medicine)
博士 (歯学)


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