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破骨細胞形成におけるホスファチジルセリンとその受容体の二重の役割
Dual role of phosphatidylserine and its receptors in osteoclastogenesis.
PMID: 32612123 PMCID: PMC7330034. DOI: 10.1038/s41419-020-2712-9.
抄録
破骨細胞形成において、融合とアポトーシスは膜リン脂質の非対称性の破壊を共有しているが、そのメカニズムはほとんど知られていない。ここでは、ホスファチジルセリン（PS）とその受容体の外部化と破骨細胞形成における生物学的機能を調べた。ラットの発生歯根周囲に形成された歯槽骨のTRAP陽性多核細胞において、PS受容体であるTIM4、BAI1、STAB2に対する生体内での強い免疫反応が観察された。これらの受容体は、マウス骨髄由来細胞を用いたM-CSF/RANKL誘導in vitro破骨細胞形成の際に有意にアップレギュレーションされた。M-CSF/RANKL処理により、前骨細胞におけるPSの外在化が増加した。また、前骨細胞の多核化は、PSおよびその受容体に対する抗体により顕著に抑制された。また、脂質トランスポーター蛋白質のうち、フラッパーゼ（Abcb4, Abcc5, Abcg1）は破骨細胞形成時に増加し、フラッパーゼ（Atp11c, Atp8a1）は破骨細胞形成時に減少していた。また、破骨細胞前融合は、ATPase阻害剤NaVOとAbcc5とAbcg1に対するsiRNAによって著しく阻害され、これらの脂質トランスポーターが破骨細胞の外部化に重要な役割を果たしていることが明らかになった。さらに、破骨細胞発生初期には don't-eat-meシグナル誘導因子であるCd47とCd31のレベルが増加または持続し、アポトーシス後期にはeat-meシグナル誘導因子であるAnnexinIとMfg-e8のレベルが増加することが明らかになった。また、パンカスパーゼ阻害剤であるZ-VAD-FMKは破骨細胞形成初期の前骨芽細胞融合には影響を与えなかったが、PS、TIM4、BAI1に対するAbsは後期の破骨細胞アポトーシスを減少させた。これらの結果から、PSの外部化は破骨細胞形成の全過程に必須であり、初期の融合と後期のアポトーシスにおいてPS受容体とトランスポーターを共有していることが示唆された。したがって、PSおよびその受容体のモジュレーションは、抗骨吸収剤を開発するための有用な戦略となり得る。
Fusion and apoptosis share a breakdown of the membrane phospholipids asymmetry, modes of which are largely unknown in osteoclastogenesis. Here, we investigated the externalization of phosphatidylserine (PS) and its receptors, and their biological functions in osteoclastogenesis. Strong immunoreactivities in vivo for the PS receptors TIM4, BAI1, and STAB2 were observed in the TRAP-positive multinucleated cells in the alveolar bone that was being remodeled around the developing dental follicles in rats. These receptors were significantly upregulated during M-CSF/RANKL-induced in vitro osteoclastogenesis using mouse bone marrow-derived cells. PS externalization in preosteoclasts was increased by the M-CSF/RANKL treatment. Multinucleation of preosteoclasts was markedly inhibited by antibodies against PS and its receptors. Among the investigated lipid transporter proteins, floppases (Abcb4, Abcc5, and Abcg1) were upregulated, whereas flippases (Atp11c and Atp8a1) downregulated during osteoclastogenesis. Preosteoclast fusion was markedly blocked by the ATPase inhibitor NaVO and siRNAs against Abcc5 and Abcg1, revealing the importance of these lipid transporters in PS externalization. Further, the levels of Cd47 and Cd31, don't-eat-me signal inducers, were increased or sustained in the early phase of osteoclastogenesis, whereas those of AnnexinI and Mfg-e8, eat-me signals inducers, were increased in the late apoptotic phase. In addition, Z-VAD-FMK, a pan caspase inhibitor, had no effect on preosteoclast fusion in the early phase of osteoclastogenesis, whereas Abs against PS, TIM4, and BAI1 decreased osteoclast apoptosis during the late phase. These results suggest that PS externalization is essential for the whole process of osteoclastogenesis and share PS receptors and transporters in the early stage fusion and late stage apoptosis. Therefore, modulation of PS and its receptors could be a useful strategy to develop anti-bone resorptive agents.