科学家解释了某种蛋白质在骨骼维持至关重要的细胞生成中的作用

诸如骨质疏松症和类风湿性关节炎之类的慢性骨骼和关节疾病影响着全世界数百万人，尤其是老年人，从而降低了他们的生活质量。这两种疾病中的一个重要因素是称为破骨细胞的溶骨细胞的过度活性。破骨细胞是通过与某种称为巨噬细胞的免疫细胞分化而形成的，此后它们在维持骨骼和关节中获得新的作用：分解骨组织以允许成骨细胞（另一类细胞）修复并重塑骨骼系统。。

广泛地讲，这种分化涉及两个细胞内过程：首先是转录-从DNA的遗传信息中产生信使RNA（mRNA），然后是翻译-将mRNA中的信息解码以产生蛋白质，执行单元中的特定功能。自从发现一种叫做RANKL的特殊蛋白质在破骨细胞形成中的作用以来，科学家们就解决了相当大一部分难题，这些难题涉及细胞信号通路和转录网络调节破骨细胞的产生。然而，涉及的转录后细胞过程仍有待了解。

现在，在《生化与生物物理研究通讯》上发表的一项新研究中，日本东京科学大学的科学家揭示了这种称为Cpeb4的蛋白质在这一复杂过程中的作用。 Cpeb4是蛋白质“胞质聚腺苷酸化元素结合（CPEB）”家族的一部分，该家族与RNA结合并调节翻译激活和抑制，以及产生蛋白质变体的“替代剪接”机制。领导这项研究的Tadayoshi Hayata博士解释说：“ CPEB蛋白与自闭症，癌症和红细胞分化等多种生物学过程和疾病有关。但是，它们在破骨细胞分化中的功能尚不清楚。因此，我们使用小鼠巨噬细胞的细胞培养物进行了一系列实验，以鉴定该家族蛋白Cpeb4的特征。”

在进行的各种细胞培养实验中，用RANKL刺激小鼠巨噬细胞以触发破骨细胞分化，并监测培养物的进化。首先，科学家发现破骨细胞分化过程中Cpeb4基因的表达增加，因此Cpeb4蛋白的量增加。然后，通过免疫荧光显微镜，他们看到了细胞内Cpeb4位置的变化。他们发现Cpeb4从细胞质移入细胞核，同时呈现出特定的形状（破骨细胞倾向于融合在一起并形成具有多个细胞核的细胞）。这表明与破骨细胞分化相关的Cpeb4的功能可能在细胞核内进行。

为了了解RANKL刺激是如何引起Cpeb4重新定位的，科学家选择性地“抑制”或抑制了一些刺激所触发的细胞内信号通路“下游”参与的蛋白质。他们确定了该过程必需的两条途径。尽管如此，仍需要进一步的实验以充分了解发生的事件的顺序以及所涉及的所有蛋白质。

最后，Hayata博士及其团队证明了使用Cpeb4被积极消耗的巨噬细胞培养物，破骨细胞形成过程中Cpeb4绝对必要。这些培养物中的细胞没有进一步分化成为破骨细胞。

两者合计，结果是了解破骨细胞形成所涉及的细胞机制的垫脚石。 Hayata博士说：“我们的研究阐明了RNA结合蛋白Cpeb4作为破骨细胞分化的积极“影响者”的重要作用。这使我们对骨骼和关节疾病的病理状况有了更好的了解，并可能有助于开发针对诸如骨质疏松症和类风湿性关节炎等主要疾病的治疗策略。” 希望这项研究促进对破骨细胞生成的更深层次的了解，最终将转化为患有痛苦的骨和关节疾病的人们的生活质量的提高。

关于东京理科大学
东京科学大学（TUS）是一所著名且受人尊敬的大学，也是日本最大的科学专业私立研究型大学，在东京市中心及其郊区和北海道拥有四个校区。大学成立于1881年，通过在研究人员，技术人员和教育工作者中灌输对科学的热爱，为日本的科学发展做出了持续的贡献。
TUS的使命是“为自然，人类和社会的和谐发展创造科学技术”，从基础科学到应用科学都进行了广泛的研究。 TUS已采用跨学科的研究方法，并在当今一些最重要的领域进行了深入研究。 TUS是一种精英制国家，在此领域，最好的科学受到认可和培养。它是日本唯一一所获得诺贝尔奖获得者的私立大学，也是亚洲唯一一所在自然科学领域产生诺贝尔奖获得者的私立大学。

关于东京理科大学的林田忠义副教授
自2018年以来，田田忠义博士一直是东京科学大学药理学院分子药理学系副教授兼首席研究员。他的实验室专注于骨骼代谢，细胞分化，分子药理学和类似领域，以了解骨骼和关节疾病的性质并找到治疗靶标。 Hayata博士隶属于几个日本社团和美国骨与矿物研究学会。他发表了50多篇原创文章，并在学术会议上发表了150多次演讲。此外，他对骨质疏松症的研究已多次出现在日本报纸上。

资金信息
这项研究得到了JSPS KAKENHI的支持[授权号18K09053]； Nanken-Kyoten，TMDU（2019）; 中富基金会； Astellas研究支持；辉瑞学术贡献；第一三共学术贡献；帝人制药学术贡献；礼来日本学术贡献；大冢制药学术贡献；盐之木学术贡献；中外制药学术贡献。