カテプシンKは馬の骨に局在し、骨髄幹および前駆細胞の分化を阻害する

Cathepsin K Localizes to Equine Bone and Inhibits Bone Marrow Stem and Progenitor Cells Differentiation .

• Hayam Hussein
• Prosper Boyaka
• Jennifer Dulin
• Duncan Russell
• Lauren Smanik
• Mohamed Azab
• Alicia L Bertone

抄録

カテプシンＫ（Ｃａｔｈｅｐｓｉｎ Ｋ）の選択的阻害は、変形性関節症、歯周炎、骨粗鬆症などの骨損失および骨膜炎に関連する疾患に対する有望な治療法の可能性を有している。馬では、ストレスに関連した骨の損傷が一般的であり、骨の痛みや炎症を伴い、過剰な骨吸収や骨膜炎を引き起こしています。VEL-0230は、CatKの高選択的阻害剤であり、骨吸収を有意に減少させ、骨形成バイオマーカーを増加させた。本研究の目的は、馬の骨におけるCatKの存在と、機能および分化を含む骨髄細胞成分への同時影響を実証することであった。我々の目的は以下の通りである。1) 免疫組織化学を用いて、馬の骨における CatK タンパク質の組織局在を調査すること、2) 組織化学染色と分化関連遺伝子発現解析を用いて、馬の幹細胞および前駆細胞の破骨細胞形成、軟骨形成、骨形成分化能に対する CatK 阻害の影響を決定すること。6頭の健康な馬の結節骨と近位指骨から採取した骨生検は、CatKに対する免疫染色のために処理された。胸骨骨髄吸引は、0、1、10または100μMのVEL-0230で培養し、その後の染色スコアリングおよび遺伝子発現解析を行った。形態学的に破骨細胞として特徴づけられた全細胞と適度な数の活性骨内膜骨芽細胞はCatKに陽性であった。組織化学染色および遺伝子発現解析を行ったところ、破骨細胞、軟骨芽細胞および骨原性分化能が有意に増加し、後者の2つについてはVEL-0230濃度に依存していた。これらの結果は、CatKの阻害が骨および軟骨再生に同化作用を有している可能性を示唆しており、それはCatK枯渇へのフィードバック応答として説明される可能性がある。結論として、馬の骨格障害における炎症および関連する骨吸収を減少させるためのCatK阻害剤の使用は、さらなる研究を必要とする他の治療法よりも利点を提供する可能性がある。

Selective inhibition of Cathepsin K (CatK) has a promising therapeutic potential for diseases associated with bone loss and osseous inflammation, such as osteoarthritis, periodontitis, and osteoporosis. In horses, stress-related bone injuries are common and accompanied by bone pain and inflammation resulting in excessive bone resorption and periostitis. VEL-0230 is a highly selective inhibitor of CatK that significantly decreased bone resorption and increased bone formation biomarkers. The goal of this study was to demonstrate the presence of CatK in equine bone and a simultaneous influence on the bone marrow cellular components including function and differentiation. Our objectives were: 1) to investigate the tissue localization of CatK protein in equine bone using immunohistochemistry, and 2) to determine the effect of CatK inhibition on osteoclastogenic, chondrogenic and osteogenic differentiation potential of equine stem and progenitor cells using histochemical staining and differentiation-related gene expression analyses. Bone biopsies, harvested from the tuber coxae and proximal phalanx of six healthy horses, were processed for immunostaining against CatK. Sternal bone marrow aspirates were cultured in 0, 1, 10, or 100 μM of VEL-0230 and subsequent staining scoring and gene expression analyses performed. All cells morphologically characterized as osteoclasts and moderate number of active bone lining osteoblasts stained positive for CatK. Histochemical staining and gene expression analyses revealed a significant increase in the osteoclastogenic, chondrogenic and osteogenic differentiation potential of equine bone marrow cells, which was VEL-0230-concentration dependent for the latter two. These results suggested that CatK inhibition may have anabolic effects on bone and cartilage regeneration that may be explained as a feedback response to CatK depletion. In conclusion, the use of CatK inhibition to reduce inflammation and associated bone resorption in equine osseous disorders may offer advantages to other therapeutics that would require further study.