세포내 protein phosphatase magnesium-dependent 1A는 파골세포 분화에 영향을 미치며 축성 척추관절염의 질병 활성도와 관련 있음

Abstract

Objective: Increased protein phosphatase magnesium-dependent 1A (PPM1A) levels in patients with ankylosing spondylitis regulate osteoblast differentiation in bony ankylosis; however, the potential mechanisms that regulate osteoclast (OC) differentiation in relation to abnormal bone formation remain unclear. Therefore, in this study, conditional gene knockout (PPM1Afl/fl;LysM-Cre) mice were generated and their bone phenotypes were evaluated. Methods: The bone phenotypes of LysM-Cre and PPM1Afl/fl;LysM-Cre mice were assessed via micro-computed tomography. OC differentiation was induced by culturing bone marrow-derived macrophages in the presence of the receptor activator of nuclear factor kappa-B (RANK) ligand and macrophage colony-stimulating factor (M-CSF) and was evaluated by counting tartrate-resistant acid phosphatase-positive multinucleated cells. The mRNA expressions of PPM1A, RANK and OC-specific genes were examined by quantitative real-time PCR, and protein levels were determined using Western blotting. Surface RANK expression was analyzed by fluorescent flow cytometry. Results: The PPM1Afl/fl;LysM-Cre mice displayed reduced bone mass and increased OC differentiation and OC-specific gene expression compared with their LysM-Cre littermates. Mechanistically, reduced PPM1A function in OC precursors in PPM1Afl/fl;LysM-Cre mice induced OC lineage commitment by up-regulating RANK expression via p38 MAPK activation in response to M-CSF. PPM1A expression in macrophages was decreased by TLR4 activation. The ankylosing spondylitis disease activity score was negatively correlated with the expression of PPM1A in peripheral blood mononuclear cells from axial SpA patients. Conclusion: The loss of PPM1A function in OC precursors driven by inflammatory signals contributes to OC lineage commitment and differentiation by elevating RANK expression, reflecting a potential role of PPM1A in dynamic bone metabolism in axial SpA. |목표: 강직성 척추염 환자의 혈청과 활막에서 protein phosphatase magnesium-dependent 1A (PPM1A)는 증가되어 있으며, 이는 조골세포 분화를 촉진하여 비정상적인 골 형성, 즉, 뼈의 강직을 유발한다. 그러나 비정상적인 골 형성과 관련하여 파골세포 분화가 어떻게 조절되는지에 대해서는 잘 알려져 있지 않다. 본 연구에서는 조건부 유전자 knockout (PPM1Afl/fl;LysM-Cre) 쥐를 이용하여 그들의 골 표현형을 확인하고, 파골세포 분화가 어떤 기전으로 조절되는지 보고자 한다. 연구방법: LysM-Cre 쥐와 PPM1Afl/fl;LysM-Cre 쥐의 골 표현형을 micro-computed tomography를 이용하여 평가하였다. 파골세포의 분화는 nuclear factor kappa-B (RANK) ligand와 macrophage colony-stimulating factor (M-CSF)의 존재 하에 골수 유래 대식세포를 배양함으로써 유도하였고, tartrate-resistant acid phosphatase-양성인 다핵세포를 계수함으로써 평가하였다. PPM1A, RANK 및 파골세포 특이적 유전자의 mRNA 발현은 정량적 실시간 PCR을 통해 측정하였고, 단백질 발현은 Western blotting을 이용하여 측정하였다. 결과: PPM1Afl/fl;LysM-Cre 쥐는 LysM-Cre 쥐에 비해 골 질량이 감소되어 있었고, 파골세포 분화 및 파골세포 특이적 유전자의 발현이 증가되어 있었다. 기전상으로 PPM1Afl/fl;LysM-Cre 쥐의 대식세포에서의 PPM1A 기능 감소는 p38 MAPK 활성화를 통해 RANK 발현을 증가시킴으로써 파골세포로의 분화를 유도하였다. 염증성 자극이 PPM1A 발현에 미치는 영향을 확인한 결과, 대식세포에서의 PPM1A 발현은 염증성 자극에 의한 TLR4 활성화에 의해 감소되었다. 더 나아가 축성 척추관절염 환자의 질병활성도와 말초 혈액 단핵 세포에서의 PPM1A 발현 정도 사이에도 음의 상관 관계를 보였다. 결론: 염증성 자극에 의한 대식세포에서의 PPM1A 기능 손실은 RANK 발현을 증가시키며 파골세포의 분화에 기여한다. 축성 척추관절염의 골 대사에 있어 PPM1A는 중요한 역할을 하는 것으로 생각된다.